Nova studija pokazala je da se energija grmljavine može pretvoriti u seizmičke talase i iskoristiti za proučavanje podzemlja, i to pomoću optičkih kablova koji se već nalaze ispod gradova i naselja.
Kada grom udari, vazduh u njegovoj neposrednoj okolini naglo se zagrijava i nastaje udarni talas koji čujemo kao grmljavinu. Dio te energije, međutim, ne ostaje u atmosferi, već kada stigne do tla može da se pretvori u seizmičke talase koji se šire kroz zemljište i stijene.
Vibracije koje nastaju na ovaj način nazivaju se „thunderquakes“.
Naučnici do sada nisu dovoljno dobro razumjeli ove signale da bi ih praktično koristili. Nova studija pokazuje da bi oni mogli da posluže za mapiranje strukture podzemlja, uključujući kretanje podzemnih voda, zagađenje životne sredine i vrtače, ali i za procjenu terena na kojem se planira izgradnja objekata i temelja.
Istraživači su do otkrića došli „slušajući“ grmljavinu pomoću instrumenta koji se nalazi u zajednicama širom svijeta, ali se uglavnom ne koristi za seizmička mjerenja – optičkog kabla.
Kako optički kabl postaje senzor za vibracije
Naučnici su primijenili tehniku poznatu kao distribuirano akustičko mjerenje, kojom su običan optički kabl, kakav se koristi za internet i telefonske usluge, pretvorili u niz od hiljada senzora vibracija.
Kompjuter koji pomoću laserskih impulsa ispituje kabl šalje svjetlost kroz njega i mjeri sitne promjene nastale usljed vibracija duž njegove trase.
U okviru eksperimenta, koji je bio dio projekta FORESEE Univerziteta Pensilvanije, korišten je kabl duži od četiri kilometra. Na taj način dobijeno je više od 2.100 senzora, međusobno udaljenih svega nekoliko stopa, koji su istovremeno bilježili vibracije tla.
Tokom više od dvije godine istraživači su pomoću starog telekomunikacionog optičkog kabla zabilježili i identifikovali 458 jasnih i kvalitetnih „thunderquakes“.
Velika količina detalja dobijenih na ovaj način omogućila je naučnicima da uoče nešto što je ranije bilo teško posmatrati – specifične vrste seizmičkih talasa koji nastaju kada zvuk iz atmosfere stupi u interakciju sa tlom.
Među najvažnijim su takozvani vazdušno spregnuti Rejlijevi talasi. Oni se mogu mjeriti na površini, ali istovremeno omogućavaju proučavanje podzemlja na znatno većim dubinama, čak do oko 100 metara.
Kako grmljavina „snima“ ono što se nalazi ispod zemlje
Ključ za ovu tehniku je pojava poznata kao seizmička disperzija. Talasi različitih frekvencija kreću se na različitim dubinama.
Mjerenjem promjena brzine talasa u zavisnosti od njihove frekvencije, naučnici su mogli da rekonstruišu brzinu kretanja seizmičkih talasa na različitim dubinama. Na osnovu toga mogu da se tumače svojstva materijala koji se nalazi ispod optičkog kabla.
Rezultat je, kako navode istraživači, bio ekvivalent rendgenskom snimku podzemlja do dubine od približno 100 metara, bez potrebe da se izbuši ijedna rupa.
Za snimanje podzemlja obično je potrebna specijalizovana oprema, poput kamiona sa izvorima vibracija ili nizova senzora koji se postavljaju za potrebe istraživanja. Takvi pristupi mogu biti skupi i teški za primjenu na velikim površinama.
Grmljavinske oluje, s druge strane, predstavljaju prirodni izvor seizmičke energije koji je već raspoređen po pejzažu. Istovremeno, optički kablovi su zakopani ispod gradova i naselja širom svijeta.
Umjesto da se seizmički izvor dovodi do tla, naučnici bi tako mogli da prate oluje koje prolaze iznad njega.
To bi u budućnosti moglo da omogući kontinuirano praćenje plitkog podzemlja, korištenjem infrastrukture koja se već nalazi u zemlji i seizmičke energije koja već dolazi iz atmosfere.
Šta su otkrili u Pensilvaniji
Istraživanje je sprovedeno u Stejt koledžu u Pensilvaniji, gdje se podzemlje uglavnom sastoji od krečnjaka i dolomita. Te stijene mogu postepeno da se rastvaraju pod uticajem kretanja podzemnih voda.
Vremenom taj proces može dovesti do stvaranja pukotina, pećina i vrtača.
Istraživanje „thunderquakes“ otkrilo je četiri različite oblasti u kojima su seizmički talasi putovali znatno sporije nego kroz okolne stijene. Ove takozvane slabe zone mogle bi da budu posljedica ispucalih ili izmijenjenih stijena, kao i prisustva vode ili vazduha.
Dvije od četiri zone poklapaju se sa oblastima u kojima satelitski radar pokazuje da se tlo aktivno slijega. Dubine sve četiri zone odgovaraju pukotinama i šupljinama koje su već zabilježene na obližnjim lokacijama.
Ovi rezultati su značajni jer su kraški predjeli, poput područja ispod Stejt koledža, široko rasprostranjeni. Oni zauzimaju približno 20 odsto svjetske kontinentalne kopnene površine i utiču na gotovo četvrtinu svjetskog stanovništva.
Vrtače, zagađenje podzemnih voda i druge opasnosti povezane sa ovakvim predjelima mogu ugroziti zgrade, infrastrukturu i bezbjednost ljudi.
Poznavanje lokacija na kojima postoje takvi rizici može da pomogne u boljem planiranju i izgradnji.
Nije samo grmljavina izvor ovakvih signala
Rezultati studije pokazuju osnovni proces u kojem zvučni talasi iz atmosfere mogu da se pretvore u korisne seizmičke talase u čvrstoj Zemlji. Grmljavina je, međutim, samo jedan primjer.
Slične atmosferske udarne talase mogu da proizvedu i zvučni udari, vulkanske erupcije i eksplozije meteora u atmosferi, pa bi i oni potencijalno mogli da predstavljaju prirodne izvore seizmičkih talasa.
Ova ideja mogla bi da ima primjenu i van Zemlje.
Na nekim drugim planetama i mjesecima ne očekuju se tektonski zemljotresi slični onima na Zemlji, ali atmosferski poremećaji ipak mogu postojati.
Da li bi grmljavina mogla pomoći i u istraživanju Titana?
Jedna od zanimljivih mogućnosti je Titan, najveći Saturnov mjesec i odredište predstojeće NASA misije „Dragonfly“.
Ukoliko se na Titanu javljaju munje i grmljavina, kao što predviđaju modeli, energija iz atmosfere bi potencijalno mogla da pruži još jedan način za proučavanje njegovog podzemlja.
Na Zemlji, atmosfera neprestano stupa u interakciju sa tlom ispod naših nogu. Rezultati istraživanja ukazuju da bi ta interakcija mogla da bude izvor informacija o skrivenom svijetu koji se nalazi ispod površine.
Besplatnu Android aplikaciju portala SrpskaCafe preuzmite ovdje.