Наука в Сибир, Сеизмични вълни не само в името на науката, но и за полза, Наука в Сибир
Геофизическата служба на SB RAS е може би една от най-споменаваните организации на Сибирския клон в медиите. Почти всеки ден има съобщения, че земетресение, както относително значително, така и много слабо, е станало в една или друга точка на земното кълбо. Дейностите на учените обаче не се ограничават до този вид наблюдение. „Ние правим пари от фундаментална сеизмология с помощта на разработени от нас технологии“, признава Виктор Селезнев, директор на GS SB RAS, доктор на геолого-минералогичните науки.
В сеизмологията всичко е абсолютно същото като на концерт на симфоничен оркестър. Слушаме музика, съставена от отделни части на инструменти и с помощта на слухов апарат можем да изолираме всяка от тях: цигулките и пианото водят мелодията, виолончелото влиза, контрабасът пее ниско и плътно - и накрая медните духове се радват. Вярно е, че за да разберем кой от тях кой е, трябва да знаем звука им. Сега си представете, че вместо две уши и глава имаме сеизмологично оборудване, а Земята и различни структури, разположени на нея, свирят своите акорди за нас.
„Съвместно с Института по лазерна физика на Сибирския клон на Руската академия на науките се научихме как да правим станции с голям динамичен диапазон – тоест, освен силни трептения, можем да регистрираме и много слаби, чиито амплитуди са нанометри“, казва Виктор Селезнев. „Освен това са разработени различни методи за натрупване и извличане на тези малки вибрации от сеизмични записи с помощта на специален софтуер. Когато изучаваме спектралния състав на тези записи, можем да разберем какви процеси протичат, например, в конкретно производство.
Различни земни обекти - сгради, конструкции, мостове - също имат свои собствени честоти на трептене. „Когато идваме в магазина и купуваме чинии, продавачът ги почуква с молив“, обяснява Виктор Селезнев. - Това се прави, защото цяла чаша например издава определена нотка. Ако има пукнатина, тогава звукът ще бъде напълно различен. По същия начин може да се провери целостта на сградите.“
Разликата, според учения, е, че структурата има много собствени честоти и изследователите от GS SB RAS успяха да разработят технология, която позволява точно изолиране на собствените трептения на структурите, регистриране и извличане на кохерентни компоненти от тях - т. нар. стоящи вълни. Анализът на амплитудите и фазите на последните ни позволява вече да говорим за това колко стабилна е дадена сграда, дали има пукнатини или други дефекти в нея. „В тази посока работим по поръчки, имаме изпълнени стотици договори. Изследвахме такива обекти като Болшой театър, наблюдаваме Новосибирския държавен академичен театър за опера и балет, изучаваме многоетажни сгради в Москва. Още повече, че последното говори колко добра е технологията ни, защото навлизането на пазара в столицата, където има няколко геофизични института, е доста трудно”, казва Виктор Селезнев.
Трябва да се отбележи, че в света около нас има доста сеизмични вибрации дори без земетресения - големи машини, текущ ремонт или друга работа, банален ударен чук. Такива вълни достигат до сградите и на определени честоти започват да ги разклащат. Разбира се, както отбелязва експертът, тези явления също трябва да бъдат изследвани.
Между другото, има добра новина за жителите на сградите "Хрушчов" на новосибирския Академгородок: не толкова отдавна експерти проучиха тези къщи. „Разкри:такива жилища са построени с много високо качество, по-здрави от очакваното, два до три пъти и въпреки факта, че износването сега трябва да бъде около 70-80%, според нашите наблюдения, това е само 25-30% ”, казва Виктор Селезнев.
Друга технология на геофизиците също се основава на използването на стоящи вълни. Факт е, че по време на изграждането на различни съоръжения в сеизмично опасни зони е необходимо да се извърши подробно сеизмично зониране, за да се определи на какви честоти се появяват най-силните земни вибрации, за да не се постави сграда със същите собствени честоти на това място, в противен случай ще има много силен резонанс. Обичайната техника е, че се извършва специална работа, като се изчисляват параметрите на скоростта на слоевете в горната част на земната кора и след това, като се знае тази информация, се изчисляват резонансните характеристики на тези слоеве. „Научихме се как да измерваме тези характеристики веднага, подчертавайки много слаби сигнали“, обяснява ВикторСелезньов.
Ултразвук на Земята
Сеизмичните вълни могат да бъдат изолирани и изследвани или могат първо да бъдат генерирани и след това да бъдат изследвани техните характеристики и параметри на разпространение. Получената информация ще позволи да се разберат подробности за структурата на земната кора и горната мантия. Това е не само ефективно, но и екологично, защото другият начин включва много голяма експлозия като източник на вибрации.
Първоначално, когато изследванията с мощни вибратори едва започваха, бяха използвани стационарни инсталации с размерите на малка селска къща. Сега мобилните устройства са „в експлоатация“: средно голямо ремарке, ако е необходимо, се разглобява, поставя се на експедиционен камион и се транспортира.
„В края на краищата ние правим ултразвук на Земята. Ние определяме изображение. Технологията е почти същата, само в много различен мащаб. Можете да разберете къде са находищата и как се намира основното им тяло, но това вече са дълбочини от километри и десетки километри “, казва Виктор Селезнев.
На подобен принцип работи и технологията на ГС СО РАН, която определя наличието на нефт и газ - учените използват факта, че в България има много реки. Самият процес се осъществява с помощта на кораби и специални сеизмични стримери, които са разположени по дъното, или устройства, монтирани по протежение на брега - и плавателен съд с компресор и „пистолет“ се движи директно по водната повърхност. Именно благодарение на него се генерират сеизмични вълни: въздухът се подава там под налягане до 150 атмосфери и след това рязко се изхвърля. Оказва се памук. Освен това не унищожава рибата, а просто я отблъсква. Виктор Селезнев подчертава, че това е екологична процедура, използвана е на Об, Лена, Енисей, Тунгуска, Байкал и езерото Телецкое. Използваното записващо оборудване е същотокакто в случая с изследването на сгради, мостове и конструкции. Тъй като учените го разработиха сами, те взеха предвид, че ще позволи решаването на целия набор от необходими задачи.
Между другото, когато се разработват находища, е необходимо да се извършва сеизмичен мониторинг в тези райони, като сеизмологичните станции се инсталират доста плътно. С тяхна помощ можете да гледате различни неща. Например, за да наблюдавате изпомпването на вода към нефтения резервоар: да видите дали налягането в резервоара се променя, дали има някакви колебания. Това включва и контрола на технологичните процеси: счупена ли е помпата, която изпомпва въглеводороди, защото ако се счупи, ще „звъни” по друг начин (спомнете си чашата в магазина!). Ако се направи хидравлично разбиване, тогава геофизиците могат да определят местоположението му. „Това е много интересна и обещаваща посока“, казва Виктор Селезнев.
Екатерина Пустолякова
Снимките са предоставени от В. Селезнев