Jak horniny 'vzdechují' před prasknutím: Nový model pomůže předpovídat geologická rizika

Vědci vyvinuli průlomový model, který umožňuje předpovídat geologická rizika, jako jsou sesuvy půdy a laviny, sledováním chemických signálů uvolňovaných namáhanými horninami.

Vědci vyvinuli průlomový model, který umožňuje předpovídat geologická rizika, jako jsou sesuvy půdy a laviny, sledováním chemických signálů uvolňovaných namáhanými horninami. Tyto signály, označované jako „vzdechy“ hornin, představují uvolňování nuklidů – atomů definovaných počtem neutronů a protonů v jádře – které se objevují ještě před samotným prasknutím horniny.

Výzkumníci z Číny a Spojených států, vedení Xinem Luem z Hong Kong University a Michaelem Mangou z University of California, Berkeley, rozluštili dlouholetou záhadu, jak propojit uvolňování nuklidů s přesným načasováním praskání hornin. Jejich model kvantitativně propojuje fluktuace nuklidových signálů s progresivními změnami ve struktuře horniny, které vedou k jejímu kritickému selhání. Tato zjištění, publikovaná v Proceedings of the National Academy of Sciences, mohou výrazně zlepšit připravenost na geologická rizika, která mohou zesílit dopady sopečných erupcí a zemětřesení.

Když horniny slábnou, jejich minerály uvolňují nuklidy, jako je radon, helium a thoron, do pórů a trhlin. Jak se trhliny v selhávajících horninách rozšiřují, šíří a propojují, mění se i uvolňování a přenos nuklidů. To vytváří anomální geochemické signály, které lze měřit. Předchozí výzkumy naznačovaly souvislost mezi změnami v nuklidových signálech a praskáním hornin, například pozorování nárůstu emisí radonu před zemětřesením o síle 7,2 v Kobe v roce 1995 nebo periodické výbuchy radonu v Alpách spojené s kolísáním hladiny vody v nádržích.

Nový model ukazuje, jak se nuklidové signály vyvíjejí během čtyř fází praskání horniny: iniciace trhliny, otevírání trhliny, dilatace trhliny a šíření trhliny. Každá fáze odpovídá odlišným charakteristikám signálu, které lze kvantitativně interpretovat. Model přesně reprodukoval radonové signály ve všech fázích oslabování a praskání hornin v laboratorních experimentech a vysvětlil signály zachycené přímým monitorováním podloží i v komplexních přírodních systémech.

Tato práce otevírá cestu k předpovědím geologických rizik, jako jsou zemětřesení a sesuvy půdy, a může pomoci monitorovat oblasti v blízkosti nádrží, kde kolísání hladiny vody ovlivňuje stabilitu hornin. Nuklidové signály zde poskytují citlivý a potenciálně v reálném čase indikátor podpovrchových strukturálních změn, což nabízí cenné informace pro včasné varování a řízení rizik. Tým již zřídil radonové monitorovací stanice na třech místech v Číně, aby dále ověřil a zdokonalil svou teorii. Budoucí práce se zaměří na začlenění vnějších faktorů, jako jsou hluboké tekutiny, a na zlepšení rychlosti interpretace signálů pro praktické systémy včasného varování.