В.Г. Сібгатулін, Р.Г. Хлібопрос, С.А. Перетокін, А.А. Кабанів
Екологічний центр раціонального освоєння природних ресурсів
Красноярський науковий центр Сибірського відділення української академії наук
Сибірський Федеральний Університет
Стан проблеми
Нижче наведено основні елементи термодинамічного підходу до аналізу енергетичних процесів у сейсмічних осередках.
Кількісна інформація про енергетичні процеси в сейсмічних осередках стала доступна дослідникам тільки в інструментальний період після винаходу електромеханічного сейсмографа та впровадження в практику сейсмології поняття магнітуди сейсмічної події (Ріхтер та ін.):
,
де А0 – сигнал, зареєстрований еталонним приладом з відривом 100 км. від типового землетрусу (в Каліфорнії); Аi сигнал від поточної сейсмічної події.
Сейсмічний осередок - деяка область геологічного простору, в якій під впливом зовнішніх сил різної природи (стиснення, розтягування, кручення, переміщення по розлому і т. д.) відбувається накопичення та розрядка різних видів енергії (пружної, теплової та ін.).
З погляду практичної сейсмології найцікавішим видом енергії є пружна сейсмічна, що виділяється при землетрусах (не більше 5-10% загальної енергії вогнища).
Магнітуда (при всій різноманітності емпіричних математичних описів) є інтегральною енергетичною характеристикою сейсмічного вогнища.
Загальне, що характеризує сейсмічні вогнища – це аномальне накопичення енергії підвпливом зовнішніх сил найрізноманітнішої природи.
Пригожин, Пенроуз та інших. висловили думку, що з усіх існуючих фізичних моделей, що описують природні явища, термодинаміка з її другим початком у принципі дозволяє забезпечувати прогноз майбутнього.
На початку XX століття Больцман ввів у термодинаміку кількісну оцінку ентропії – параметра, значення якого пропорційне логарифму ймовірностей стану системи
.
Іншу інтерпретацію поняття ентропії, яку можна застосувати до суцільних геологічних середовищ, дав Пенроуз [2003] [9].
Пенроуз розглядає ентропію як lоg відношення обсягів фазового простору системи, частини якої знаходяться у значимо різних енергетичних станах, тобто
.
За такої фізичної інтерпретації математичний опис ентропії S по Больцману-Пенроузу та магнітуди Mr за Ріхтером збігається з точністю до постійної. У фізичному сенсі магнітуда є аналогом інформаційної ентропії, й у з еквівалентністю математичної формалізації тимчасова залежність магнітуди для осередкової області характеризує зміни ентропії у сфері геологічного простору.
З другого початку термодинаміки випливає, що ентропія у закритих незворотних системах неухильно зростає. При цьому згідно з першим законом термодинаміки – у системі повинен дотримуватися балансу (збереження) енергії.
Відповідно до Пригожину [10] стадії еволюції неізольованих складних систем можуть відбуватися при загальному зниженні ентропії ds/dt 2 ·ω 2 а потім «скидання» її до нуля. Δωi – випадкова величина, тому енергія «події» зростає або падає випадково, що часто спостерігається в натурі (рис. 7).
Мал. 7. Зміна енергії «події»
Тепер розглянемо"Події", коли вимушена сила F2 велика (рис. 8).
Мал. 8. «Подія», коли зовнішня сила велика
Простір від 0 до ∞ по ω можна розбити на три ділянки: (0, ω’), (ω’, ω’’), (ω’’, ∞). При 00). Подія відбувається енергією Ei+1. Тепер ми маємо чергування «подій» ентропійної та антиентропійної природи (рис. 10).
Мал. 10. Подія енергії ΔEi+1
Очевидно, що в наближенні «одиночного» нелінійного осцилятора згодом ωi стане більше ніж ω’’, тобто ωi≥ ω’’ і відбудеться велика «подія» з енергією в багато разів більша, ніж зазвичай (рис. 9).
Потрапляючи в область ω’’ 2 (ω), тобто параметрів ω0, α, λ, F;
Виявлення моменту часу, коли система «увійшла» в клин, тобто ω’
|
