Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Podmorskie światłowody pomogą wykrywać trzęsienia ziemi
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed czterema miesiącami w odległym regionie Peace River kanadyjskiego stanu Alberta doszło do trzęsienia ziemi o sile 5,6 stopnia. To jedno z najsilniejszych trzęsień w historii zarejestrowanych w Albercie. Miejscowe urzędy uznały je za wydarzenie naturalne. Jednak nowa analiza przeprowadzona przez geofizyków z Uniwersytetu Stanforda wskazuje, że trzęsienie zostało wywołane działalnością wydobywczą w tym regionie.
Nie po raz pierwszy wydobycie ropy naftowej jest wiązane z pojawieniem się wzmożonej aktywności sejsmicznej. Już przed laty w Oklahomie zanotowano gigantyczny wzrost trzęsień ziemi i powiązano go z wydobyciem ropy naftowej z łupków. Tutaj mamy jednak do czynienia z wyjątkowo silnym trzęsieniem i powiązanym z wydobyciem nie z łupków, a z piasków bitumicznych. Gdyby tak silny wstrząs nastąpił w terenach gęsto zaludnionych, jego konsekwencje mogłyby być tragiczne.
Wyniki badań naukowców ze Stanforda mogą mieć daleko idące konsekwencje. Trzęsienie było bowiem spowodowane wstrzykiwaniem wody w skały. Im więcej dowiemy się o konsekwencjach tego typu działań, tym lepiej będziemy przygotowani do prowadzenia nie tylko wydobycia surowców, ale również np. do składowania dwutlenku węgla pod powierzchnią ziemi, co jest jedną z proponowanych metod zapobiegania zmianom klimatu. Trzęsienie ziemi w Peace River przyciągnęło naszą uwagę, gdyż miało miejsce w nietypowym regionie. Wiele zdobytych przez nas dowodów wskazuje, że było ono spowodowane działalnością człowieka, mówi współautor badań, profesor William Ellsworth.
Działalność wydobywcza w regionie Peace River rozpoczęła się w latach 80. Wydobywa się tam bitumen. By zwiększyć jego mobilność, pod ziemie wstrzykuje się olbrzymie ilości gorącej wody lub rozpuszczalników. W procesie tym powstają olbrzymie ilości zanieczyszczonej wody, a najbardziej ekonomicznym sposobem na jej pozbycie się jest jej ponownie wprowadzenie pod ziemię. W ten sposób w skałach składowanych jest już 100 milionów metrów sześciennych ścieków.
Naukowcy w swoich badaniach porównali m.in. informacje o działalności wydobywczej i składowaniu wody w skałach z deformacjami gruntu rejestrowanymi przez satelity i naziemne stacje sejsmiczne. W ten sposób powiązali z działalnością wydobywczą również mniejsze wstrząsy, które przez ponad dekadę poprzedzały duże trzęsienie z listopada ubiegłego roku.
Kluczowym dowodem było zarejestrowane przez satelity uniesienie się gruntu o 3,4 centymetra podczas trzęsienia. Doszło do niego wzdłuż nieudokumentowanego wcześniej uskoku. Bliższe badania wykazały, że wstrzykiwana woda zwiększyła ciśnienie na uskok, osłabiła go i spowodowała, ze stał się on bardziej podatny na ruchy tektoniczne.
Naukowcy mówią, że trzęsienie ziemi w Peace River to sygnał ostrzegawczy. Władze planują bowiem zwiększenie w tym regionie aktywności związanej z produkcją wodoru i składowaniem dwutlenku węgla. Wciąż prowadzona będzie też działalność wydobywcza, z której ścieki trafią pod ziemię.
Jedna z proponowanych metod produkcji wodoru na potrzeby czystej energetyki polega na pozyskiwaniu go z gazu ziemnego. Powstający w tym procesie dwutlenek węgla ma być przechwytywany i w stanie nadkrytycznym – czyli przy ciśnieniu i temperaturze większej od ciśnienia i temperatury stanu krytycznego – będzie składowany pod ziemią. Przejście na „błękitny” wodór będzie wymagało wstrzykiwania pod ziemię bezprecedensowych ilości nadkrytycznego dwutlenku węgla, mówią naukowcy. To zaś może zwiększyć aktywność sejsmiczną w regionie. Powinniśmy rozumieć wszelkie aspekty aktywności sejsmicznej powodowanej przez człowieka, od jej podstawowych mechanizmów fizycznych po metody unikania ryzyka, dodaje Ellsworth.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed 66 milionami lat na Ziemię spadła 10-kilometrowa asteroida, która przyniosła zagładę dinozaurom. Najnowsze dowody wskazują, że wywołała ona wielotygodniowe lub wielomiesięczne trzęsienie ziemi odczuwalne na całej planecie. ilość energii uwolniona w czasie tego trzęsienia wynosiła 1023 dżuli, czyli 50 000 razy więcej, niż podczas trzęsienia o sile 9,1 stopnia, które dotknęło Sumatrę w 2004 roku.
Ślady tego trzęsienia znalazł Hermann Bermúdez, który specjalizuje się w badaniu granicy K-T (granica kreda-trzeciorzęd). Jest ona śladem wielkiego wymierania, które 66 milionów lat temu zakończyło mezozoik. W 2014 roku prowadził prace badawcze na kolumbijskiej wyspie Gorgonilla. Uczony odkrył wówczas warstwę sferuli (niewielkich kulek szkliwa oraz tektytów i mikrotektytów, które zostały wyrzucone do atmosfery w wyniku uderzenia asteroidy. Sferule tworzą się, gdy pod wpływem ciśnienia i temperatury wywołanych uderzeniem, dochodzi do roztopienia i rozkruszenia skorupy ziemskiej. W atmosferę wyrzucane są wówczas krople roztopionego materiału, który opada na powierzchnię.
Wyspa Gorgonilla, na której pracował Bermúdez, położona jest około 3000 kilometrów na południowy-zachód od miejsca uderzenia asteroidy. Pod powierzchnią oceanu, na głębokości około 2 kilometrów, przez miliony lat odkładały się osady. Gdy 3000 kilometrów od badanego miejsca upadła asteroida, doszło do deformacji osadów. Deformacja objęła osady na głębokości nawet do 15 metrów pod dnem morskim. Jej ślady są widoczne do dzisiaj. Jednak to nie wszystko. Zdeformowana jest również warstwa zawierająca sferule. A to oznacza, że wstrząsy spowodowane uderzeniem asteroidy musiały trwać po tym, gdy sferule opadły z atmosfery. Proces ich opadania trwał zaś całymi tygodniami lub nawet miesiącami. Zaraz nad warstwą sferuli widać zachowane spory paproci, pierwsze oznaki odradzającego się życia roślinnego po uderzeniu.
Przekrój, który odkryłem na wyspie Gorgonilla, to wspaniałe miejsce do badania granicy K-T, gdyż jest jednym z najlepiej zachowanych takich miejsc oraz znajduje się głęboko pod powierzchnią oceanu, więc nie zostało zaburzone przez tsunami, mówi uczony.
Gorgonilla to nie jedyne miejsce, w którym Bermúdez zauważył ślady gigantycznego trzęsienia ziemi. W odsłonięciu El Papalote w Meksyku widoczne są ślady upłynnienia gruntu, a w stanach Mississippi, Alabama i Teksas uczony znalazł uskoki i pęknięcia prawdopodobnie spowodowane wielkim trzęsieniem ziemi. W wielu miejscach znalazł też osady naniesione przez wielkie tsunami.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się utworzyć i zmierzyć postulowany od dawna stan powiązania pomiędzy atomami. Naukowcy z Wiednia i Innsbrucku wykorzystali laser do spolaryzowania atomów tak bardzo, że z jednej strony miały ładunki dodatnie, z drugiej ujemne. Dzięki temu mogli związać atomy ze sobą. Oddziaływania pomiędzy nimi były znacznie słabsze niż pomiędzy atomami w standardowej molekule, ale na tyle silne, że można było mierzyć ich wartość.
W atomie jądro o ładunku dodatnim otoczone jest przez chmurę elektronów o ładunku ujemnym. Całość jest obojętna. Jeśli teraz włączymy zewnętrzne pole elektryczne, rozkład ładunków nieco się zmieni. Ładunki dodatnie przemieszczą się w jednym kierunku, ujemne w w drugim i atom będzie posiadał stronę dodatnią i ujemną, stanie się spolaryzowany, mówi profesor Philipp Haslinger.
Taką polaryzację atomu można uzyskać też za pomocą światła, które jest szybko zmieniającym się polem elektromagnetycznym. Gdy liczne atomy znajdują się blisko siebie, światło polaryzuje je w ten sam sposób. Więc dwa sąsiadujące ze sobą atomy będą zwrócone do siebie przeciwnymi ładunkami, co spowoduje, że będą się przyciągać.
To bardzo słabe oddziaływanie, zatem eksperyment trzeba prowadzić bardzo ostrożnie, by móc zmierzyć siłę oddziaływania. Gdy atomy mają dużo energii i szybko się poruszają, to przyciąganie natychmiast znika. Dlatego też użyliśmy podczas eksperymentów ultrazimnych atomów, wyjaśnia Mira Maiwöger z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technologicznego.
Naukowcy najpierw złapali atomy w pułapkę i je schłodzili. Następnie pułapka została wyłączona, a uwolnione atomy rozpoczęły swobodny spadek. Taka chmura opadających atomów była niezwykle zimna, jej temperatura była niższa niż 1/1 000 000 kelwina, ale miała na tyle dużo energii, że podczas spadku rozszerzała się. Jeśli jednak na tym etapie atomy zostaną spolaryzowane za pomocą lasera i pojawi się pomiędzy nimi przyciąganie, rozszerzanie się chmury zostaje spowolnione. W ten właśnie sposób można zmierzyć siłę oddziaływania pomiędzy atomami.
Polaryzowanie indywidualnych atomów za pomocą lasera nie jest niczym nowym. Kluczowym elementem naszego eksperymentu było jednoczesne spolaryzowanie w sposób kontrolowany wielu atomów i stworzenie mierzalnych oddziaływań pomiędzy nimi, dodaje Matthias Sonnleitner, który opracował teoretyczne założenia eksperymentu.
Autorzy eksperymentu zwracają uwagę, że zmierzone przez nich oddziaływanie może odgrywać ważną rolę w astrofizyce. W pustce kosmosu małe siły mogą odgrywać duża rolę. Po raz pierwszy wykazaliśmy, że promieniowanie elektromagnetyczne może tworzyć oddziaływania pomiędzy atomami, co może rzucić nowe światło na niewyjaśnione obecnie zjawiska astrofizyczne, dodaje Haslinger.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Poszukiwanie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy często wymaga dostępu do potężnych narzędzi, jak Wielki Zderzacz Hadronów, podziemnych wykrywaczy neutrin, ciemnej materii i egzotycznych cząstek. Urządzenia takie są niezwykle kosztowne w budowie i utrzymaniu, ich konstruowanie trwa przez wiele lat i jest ich niewiele, przez co ustawiają się do nich długie kolejki naukowców. Teraz dzięki naukowcom z Holandii może się to zmienić. Opracowali oni bowiem technikę więzienia i badania ciężkich molekuł w warunkach laboratoryjnych.
Ciężkie molekuły są świetnym obiektem do badań nad elektrycznym momentem dipolowym elektronu. Jednak dotychczas stosowane metody nie pozwalały na ich uwięzienie w warunkach niewielkiego laboratorium.
Standardowe techniki poszukiwania elektrycznego momentu dipolowego elektronu (eEDM) wykorzystują wysoce precyzyjną spektroskopię. Jednak by ją zastosować konieczne jest najpierw spowolnienie molekuł i schwytanie ich w pułapkę laserową lub elektryczną. Problem w tym, że do odkrycia zjawisk wykraczających poza Model Standardowy konieczne może okazać się przechwycenie molekuł zbyt ciężkich, by mogły uwięzić je lasery. Z kolei pułapki elektryczne pozwalają na przechwycenie ciężkich jonów, ale nie obojętnych elektrycznie molekuł.
Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen, Vrije Universiteit Amsterdam oraz instytutu Nikhef rozpoczęli swoją pracę od stworzenie molekuł fluorku strontu (SrF), które powstały w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w kriogenicznym gazie w temperaturze około 20 kelwinów. Dzięki niskiej temperaturze molekuły te mają początkową prędkość 190 m/s, podczas gdy w temperaturze pokojowej wynosi ona ok. 500 m/s. Następnie molekuły wprowadzane są do 4,5-metrowej długości spowalniacza Stark, gdzie zmienne pola elektryczne najpierw je spowalniają, a następnie zatrzymują. Molekuły SrF pozostają uwięzione przez 50 milisekund. W tym czasie można je analizować za pomocą specjalnego systemu indukowanego laserem. Pomiary takie pozwalają badać właściwości elektronów, w tym elektryczny moment dipolowy, dzięki czemu możliwe jest poszukiwanie oznak asymetrii.
Model Standardowy przewiduje istnienie eEDM, jednak ma on niezwykle małą wartość. Dlatego też dotychczas właściwości tej nie zaobserwowano. Obserwacja i zbadanie eEDM mogłyby wskazać na istnienie fizyki wykraczającej poza Model Standardowy.
Molekuły SrF, którymi zajmowali się Holendrzy, mają masę około 3-krotnie większą niż inne molekuły badane dotychczas podobnymi metodami. Naszym kolejnym celem jest uwięzienie jeszcze cięższych molekuł, jak np. fluorku baru (BaF), który ma macę 1,5 raza większą od SrF. Taka molekuła byłaby jeszcze lepszym celem do pomiarów eEDM, mówi Steven Hoekstra, fizyk z Uniwersytetu w Groningen. Im bowiem cięższa molekuła, tym dokładniejszych pomiarów można dokonać.
Jednak możliwość uwięzienia ciężkich molekuł przyda się nie tylko do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Można dzięki temu przeprowadzać też zderzenia ciężkich molekuł przy niskich energiach, symulując warunki w przestrzeni kosmicznej. To zaś przyda się podczas badań interakcji na poziomie kwantowym. Hoekstra mówi, że wraz ze swoimi kolegami będą też pracowali nad zwiększeniem czułości pomiarów poprzez zwiększenie intensywności strumienia molekuł. Spróbujemy też uwięzić bardziej złożone molekuły, jak BaOH czy BaOCH3. Dodatkowo wykorzystamy naszą technikę do badania asymetrii w molekułach chiralnych, zapowiada.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
VCSEL to najpopularniejszy typ laserów. Znajdziemy je w smartfonach, sieciach komputerowych czy urządzeniach medycznych. Emitują światło z kwantowych studni lub kropek umieszczonych pomiędzy lustrami. Studnie i kropki są niezwykle małe, ich wielkość mierzy się w ułamkach mikrometrów. To z jednej strony zaleta, pozwalająca na miniaturyzację i dużą prędkość pracy, jednak z drugiej strony rozmiar ogranicza moc lasera. Teraz, po dziesięcioleciach prac, udało się opracować rozwiązanie, które pozwoli zwiększyć moc VCSEL, znajdą więc one zastosowanie tam, gdzie stosowane dotychczas być nie mogły.
Przez dekady naukowcy próbowali zwiększyć moc VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) poprzez wymuszenie na nich pracy grupowej. Chcieli połączyć wiele laserów w jeden, o zwielokrotnionej mocy. Niestety, minimalne niedokładności w procesach produkcyjnych powodowały, że lasery takie pracowały w niewielkich niezależnych od siebie grupach, których emisja nie była ze sobą zsynchronizowana. Niemożliwe było wiec uzyskanie spójnego promienia laserowego.
Dopiero teraz naukowcy pracujący pod kierunkiem Sebastiana Klembta z Uniwersytetu w Würzburgu i Mordechaia Segeva z Izraelskiego Instytutu Technologii Technion, opracowali metodę na wymuszanie spójnej pracy 30 VCSEL. Udało im się to dzięki ułożeniu laserów tak, by geometria całości była zgodna z tym, czego uczeni dowiedzieli się z badań nad izolatorami topologicznymi.
Izolatory topologiczne to niezwykłe materiały. Są jednorodne, a mimo to wewnątrz są izolatorami, podczas gdy ich powierzchnia jest przewodnikiem. Materiały takie odkryto dawno, ale historia ich zastosowania w laserach liczy sobie zaledwie 8 lat gdy Segev i naukowcy z Uniwersytetu w Rostocku zaprezentowali pierwszy fotoniczny izolator topologiczny. W laserze tym światło wędrowało wzdłuż krawędzi dwuwymiarowej macierzy falowodów i nie było zakłócane przez ich niedoskonałości. Kilka lat później Segev wraz z inną już grupą współpracowników pokazał, że możliwe jest zmuszenie wielu takich laserów do współdziałania. Jednak system miał poważne ograniczenia. Światło krążyło w płaszczyźnie układu, który je generował. To zaś oznaczało, że moc systemu była ograniczona przez wielkość urządzenia do emisji światła. Naukowcy porównują to do elektrowni, z której wychodzi tylko jedno gniazdko do podłączenia urządzenia.
Nowa topologiczna macierz VSCEL składa się z dwóch typów macierzy w kształcie plastra miodu, na wierzchołkach których umieszczono nanoskalowe kolumienki. Jednym z typów macierzy jest macierz rozciągnięta, drugim – ściśnięta. Uczeni stworzyli specjalny interfejs pomiędzy nimi. Gdy ma on odpowiednie parametry, otrzymujemy topologiczny interfejs, w którym światło musi przepływać pomiędzy laserami. Taki ciągły topologicznie chroniony przepływ światła powoduje, że światło każdego z laserów musi dotrzeć do wszystkich innych laserów, dzięki czemu otrzymujemy spójną wiązkę, wyjaśnia Segev. Obecnie więc światło krąży w całej macierzy, ale jest też emitowane przez każdy z laserów, wchodzących w jej skład.
Topologiczne założenia naszego lasera będą działały dla wszystkich długości fali i różnych materiałów. To, ile mikrolaserów możemy połączyć w macierz zależy wyłącznie od tego, jak mają być stosowane. Możemy stworzyć wielką macierz i powinna ona emitować spójne światło dla dużej liczby laserów. To wspaniałe, że topologia, która w przeszłości była wyłącznie dziedziną matematyki, staje się rewolucyjnym narzędziem pozwalającym na kontrolowanie i udoskonalanie laserów, cieszy się profesor Klembt.
Nasza praca to przykład potęgi topologicznego transportu światła. Niewielkie sprzężenie na płaszczyźnie wystarczy, by wymusić na macierzy indywidualnych źródeł emisji działanie w roli pojedynczego źródła, czytamy na łamach Science.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.