Hier wird der Begriff Reibung im Kontext mit der Seismizität bei Geothermieanlagen betrachtet. Beim Auftreten von Scherbrüchen spielt die Haftreibung auf vorhandenen Kluftssystemen eine entscheidende Rolle
Haftreibung bzw. Haftung ist dabei eine physikalische Kraft, die zwei sich berührende Körper daran hindert, sich gegeneinander zu bewegen.
Die durch Haftreibung hervorgerufene maximale Haltekraft (Ruhereibung) FH ist abhängig von der Normalkraft FN und von der Haftreibungszahl (siehe auch Reibungskoeffizient) μH.
FR = µH FN
In der Seismologie hat sich der Begriff rate and slide friction (RSF) zur Beschreibung der Schervorgänge an einer Störung eingebürgert. Er beschreibt die Vorgänge wobei langsames Kriechen und ruckartige Bewegungen sich abwechseln können.
Ein einfaches Modell der Gleitreibung geht von einem konstanten Wert aus, während das geschwindigkeits- und zustandsabhängige RSF-Modell beschreibt, wie sich die Reibung mit der Geschwindigkeit (Gleitgeschwindigkeit) und der Bewegungsgeschichte (Zustand) der Gleitfläche verändert.
Gleitreibung, auch kinetische Reibung genannt, ist die grundlegende Kraft, die der Relativbewegung zweier bereits aneinander gleitender Oberflächen entgegenwirkt. –
μk: Der Gleitreibungskoeffizient (ein konstanter Wert).
FN: Die Normalkraft, die die Oberflächen zusammendrückt.
Die Kraft, die erforderlich ist, um ein Objekt in Bewegung zu halten, ist typischerweise geringer als die maximale Kraft, die zum Initiieren des Gleitens benötigt wird (Haftreibung, μs). Im klassischen Modell bleibt die Reibungskraft konstant, sobald das Gleiten begonnen hat.
Die geschwindigkeits- und zustandsabhängige Reibung (RSF) ist ein komplexeres, empirisches Modell, das vorwiegend in der Geophysik (z. B. zur Untersuchung von Verwerfungsbewegungen und Erdbeben) und der Tribologie (der Lehre von Reibung, Verschleiß und Schmierung) verwendet wird, um zu beschreiben, wie sich der Reibungskoeffizient (μ) dynamisch mit der Gleitgeschwindigkeit (V) und dem Zustand (θ) der Kontaktflächen ändert. Sie berücksichtigt den transienten und zeitabhängigen Charakter der Reibung, den das einfache Gleitmodell vernachlässigt.
Die allgemeine Form des Gesetzes lautet:
μ = μ₀ + a ln(V/V₀) + b ln(V₀θ/Dc)
Effekt | Parameter | Beschreibung |
Geschwindigkeitsabhängiger Effekt (Direkter Effekt) | a | Die momentane Änderung der Reibung (μ) aufgrund einer abrupten Änderung der Gleitgeschwindigkeit (V). Eine Geschwindigkeitszunahme bewirkt einen sofortigen, aber geringen Anstieg der Reibung (μ) – einen geschwindigkeitsverstärkenden Effekt |
Zustandsabhängiger Effekt (Evolutionseffekt) | b und θ | Die zeitabhängige Änderung der Reibung aufgrund der Entwicklung der Kontaktfläche (der Zustandsvariablen θ). Im Laufe der Zeit oder bei weiterem Gleiten verändern die Oberflächen ihre Konfiguration, was zu einer allmählichen Änderung der Reibung führt. Diese kann geschwindigkeitsverstärkend (b > a) sein, was zu Instabilität (wie bei Erdbeben) führt, oder geschwindigkeitsverstärkend (b < a), was zu stabilem Gleiten führt. |
Der entscheidende Faktor im RSF ist die Differenz (a−b), die das stationäre Reibungsverhalten bestimmt:
Das Rate-and-State-Modell erklärt, wie Verwerfungen über lange Zeiträume verharren (statische Phase) und dann bei einem Erdbeben plötzlich gleiten können (dynamisches Gleiten).
Dass sich Bewegungen an Störflächen oft ruckartig abspielen mit zwischenliegenden Ruhephasen, wird oft durch ein 'spring and sledge'- Modell oder etwas Ähnliches beschrieben. Ein Klotz (Schlitten) wird sich auf rauem Untergrund, wenn er über eine weiche Feder mit konstanter Geschwindigkeit gezogen wird, dennoch ruckartig bewegen (stop and go slip).
Der Gegensatz zu diesen Erbeben-auslösenden ruckartigen Bewegungen wäre ein duktiler Spannungsabbau, also eine kontinuierliche Fließbewegung. Die Aufteilung in diese beiden Möglichkeiten des Spannungsabbaus ist von Erdbebengebiet zu Edbebengebiet unterschiedlich. In größeren Tiefen erfolgt der Spannunsgabbau ausschließlich duktil, Erdbeben sind dort nicht möglich.
Teilweise Gemini, überarbeitet
http://de.wikipedia.org/wiki/Haftreibung
Zu Literatur siehe:
zuletzt bearbeitet November 2025, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de
