Неожиданный поворот: некоторые складки горных пород могут укреплять земную кору

(Слева) Схематическое изображение ки́нк-структуры. (В центре) Кинк-полосы, наблюдаемые в глинистом сланце возле острова Форт, Род-Айленд. (Справа) Крупномасштабная кинк-структура в Южной Калифорнии, США. Автор: Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-17812-6

Первая ассоциация при описании горной породы — вряд ли «Наполеон», но существуют определённые типы, состоящие из множества тонких слоёв, которые напоминают это слоёное пирожное. Более того — эти породы буквально могут складываться под давлением. Эти образования обладают интересной способностью изгибаться под действием сжимающих сил и формировать резко локализованные изгибы, известные как кинк-полосы.

Много лет считалось, что эти кинк-полосы снижают механическую прочность пород земной коры, ослабляя внешнюю оболочку Земли.

Однако исследовательская группа под руководством профессора Хироюки Нагахамы, профессора Дзюна Муто и кандидата наук Хироаки Йокоямы с факультета наук о Земле Университета Тохоку представила новые экспериментальные данные, которые ставят это предположение под сомнение.

Их выводы, опубликованные в журнале Scientific Reports, могут улучшить прогнозирование оценки сейсмического риска, чтобы помочь защитить сообщества в сейсмически активных зонах.

Используя биотит — распространённый минерал в земной коре, который легко расслаивается, как стопка бумаги, из-за своей слоистой структуры, исследователи провели эксперименты по деформации в различных условиях давления. Они обнаружили, что когда кинк-полосы удовлетворяют определённому геометрическому условию, известному как связь ранга 1, материал демонстрирует не ослабление, а упрочнение. Связь ранга 1 обеспечивает плавную непрерывность между двумя по-разному деформированными областями внутри породы.

Группа наблюдала, что кинк-полосы с симметричными наклонными границами приводили к последовательному увеличению прочности материала. Это явление, известное как кинк-упрочнение, предлагалось в области материаловедения, но данное исследование является одним из первых, чётко демонстрирующих его в природных геологических материалах.

(Слева) Эксперимент по деформации биотита и соответствующая кривая «напряжение-деформация». Результаты показывают постепенное увеличение прочности после образования кинков. (Справа вверху) Микроструктура образца биотита после деформации. (Справа внизу) Геометрические особенности образовавшихся кинк-полос. Углы наклона симметричны относительно кинк-плоскостей. Эти симметричные углы наклона удовлетворяют связи ранга 1, которая является необходимым и достаточным геометрическим условием, позволяющим сохранить непрерывность деформации без разрушения материала. Автор: Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-17812-6

«Это исследование не только связывает концепции материаловедения и геологии, но и предлагает новое понимание механического поведения земной коры», — говорит Нагахама.

Чтобы дополнительно укрепить доказательства своих выводов за пределами контролируемых лабораторных условий, исследователи также идентифицировали кинк-полосы с аналогичными геометрическими характеристиками в реальных горных породах. Они варьируются от микроскопических особенностей внутри минералов до крупномасштабных складок протяжённостью в километры, часто называемых мегакинками.

Результаты позволяют предположить, что такие структуры могут локально усиливать прочность коры и влиять на распределение или местоположение разрывов при землетрясениях.

«Это открытие может способствовать более точным оценкам сейсмической опасности в будущем, — говорит Йокояма. — Чем больше мы понимаем эти горные образования, тем лучше становятся наши прогнозы относительно землетрясений. Таким образом, это исследование может оказать реальное положительное влияние на людей, живущих в сейсмоопасных регионах».

Больше информации: Hiroaki Yokoyama et al, Kink strengthening and rank-1 connection of crustal rocks, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-17812-6

Источник: Tohoku University