Поведінка мінералів під впливом механічних напруг описується законами фізики і визначається силою хімічних зв’язків в мінералі, кристалічною структурою та поверхневими властивостями.
Звідки беруться напруги? (1 атм ~1 бар = 0,1 МПа)
· внаслідок літо статичного тиску – тиску стовпа порід
O у верхній корі (0-25 км) літостатичні тиски 0-600 МПа
O ядро (5100 км) 350 ГПа
· тектонічні зусилля 10-100 МПа
Реакція мінералу на зовнішні зусилля (стреси) визначається його механічними властивостями.
Механічні властивості контролюються структурою і тому міняються залежно від кристалографічної орієнтації. Пружні властивості кубічних кристалів описуються тензором із трьома незалежними компонентами, а в найбільш анізотропних триклинних кристалів - таких незалежних компонентів 21.
Пружні властивості мінералів відіграють важливу роль в поширенні пружних хвиль і є надзвичайно важливі в сейсмології.
Рис. Поширення P-хвиль в кристалі олівіну. Показано кристаломорфологію олівіну із значеннями швидкості поширення хвиль в трьох основних напрямках і еліпсоїд швидкості поширення P-хвиль.
Різниця швидкостей складає ~ 25%
Механічні властивості проявляються при деформації мінералу, при прикладенні до нього певних механічних зусиль.
Поведінка мінералу при деформації описується законами фізики (закон Гука, закон Ламе, рівняння Пуасона, модуль Янга )
На початку розтягування-стискування мінералу напруги в ньому ростуть пропорційно із ростом деформацій. Деформація на цій ділянці зворотня і зникає при знятті зовнішніх зусиль і тому називається пружною деформацією. Пружність – зворотня деформація.
Максимальні напруги, до яких зберігаються пружні властивості мінералу називаються межею пружності. При перевищенні зусиль понад межу пружності при їх знятті в мінералі залишаються залишкові пластичні деформації. При цьому мінерал видовжується або скорочується в напрямку максимальних зусиль. Існує період, коли при зростанні/скороченні видовження напруги не змінюються або ж навіть зменшуються. Цей період називається фазою текучості. Пластичність – поступова незворотня деформація без формування макроскопічних розривів суцільності. Подальше зростання зусиль приводить до розрису суцільності зразка. Найбільша напруга, яку витримує зразок без руйнування називається межою міцності. Крихкість – деформація, що супроводжується втратою суцільності матеріалу
Схема поведінки мінералу при деформації.
По мірі наростання зовнішніх зусиль (стресу), прикладених до зразка наростають напруги в мінералі. Мінерал послідовно веде себе як пружний, пластичний, крихкий матеріал. Інтенсивне дроблення не дає можливості наростати зовнішнім зусиллям і мінерал знову переходить в пластичний стан (подроблена порода починає повзти, текти – формування мілонітів- смугастих порід розломних зон, що були «змазкою» між двома блоками кори, що рухались).
Приклади пружних, пластичних та крихчих мінералів. Пружність – діагностична ознака (флогопіт має пружні луски, хлорит та крихкі слюди – кришаться при згинанні). Пластичність самородних металів, нікеліну, халькозину, графіту, молібденіту. Крихкі – сфалерит, галеніт, кальцит.
Механічні властивості анізотропні.
Рис. Криві зміни модулю пружності на гранях флюориту (а) та кальциту (b)