Metamaterjal kaitseb maavärina eest

Metamaterjalid aitaksid ka rongide tekitatavat vibratsiooni tõrjuda. (Foto: Virgo Siil)
24.11.2016 12:05
Rubriik: Keskkond

Sarnaselt heli ja valgusega levivad ka maavärinad lainetena. Juba on loodud materjale, mille struktuur mõjutab heli ja valguse levikut. Nüüd töötavad teadlased aga selle kallal, et luua nendest struktuuridest suuremad versioonid, mida saaks kasutada maavärina leviku kontrollimiseks.

Augud põrgatavad maavärinat

Selleks on katsetatud näiteks ühtlaste vahedega pinnasesse silinderjate aukude kaevamist. Korrastatud paigutus hajutab laastavaid pinnalaineid, pannes need omavahel liituma ja üksteist summutama.

Ühe õnn on teiste õnnetus – kuigi eelkirjeldatud viisil kujundatud maalapile jääv ala on kaitstud, on ümbritsevad alad peegelduvate lainete tõttu veelgi suuremas ohus. Lisaks tekitavad maavärinad väga suure ulatusega võnkeid. Nii suure amplituudiga võnkeid, et need võivad puuraukude kaitsekilbist sellega põrkumata mööduda.

Aukude asemel mets

Londoni kuningliku kolledži matemaatikud katsetavad koostöös Prantsusmaa partneritega teistsugust lahendust kasutades selleks puid. Puud toimivad resonaatoritena, võnkudes teatud sagedustel isegi suure amplituudiga laine puhul. Kui puud teatud viisil paigutada, suudavad need suunata seismiliste pinnalainete energia sügavale pinnasesse, kaitstes sel moel lainete kahjulike mõjude eest.

Kirjeldatud lahendus põhineb metamaterjalidel, tehislikul resonaatorite paigutusel, millel on ebatavalised neelduvad omadused. Metamaterjalidest “nähtamatuse mantleid” on kasutatud juba selleks, et muuta väga väiksed objektid valguslaineid ümber suunates silmale nähtamatuks. Nüüd saaks luua sarnaseid suuremõõdulisi versioone ja muuta hooned puude võnkumise abil maavärinatele “nähtamatuks”.

Metsad kaitsevad hooneid

Sellisel moel saaks ümbritseda näiteks ajaloolise lossi või tuumaelektrijaama metsaga ja suunata seismilised lained ümber kaitstava ala või pinnasesse. Hoone jääks sel juhul täiesti puutumata.

Aasta algul demonstreeris teadlaste rühm, et tihedad männimetsad käituvad loodusliku seismilise metamaterjalina. Katsete käigus tekitati vibratsioon ja mõõdeti selle mõjusid seismomeetriga. Ilmnes, et võnkuvad puud pakuvad paikset kaitset teatud sagedusega pinnalainete eest.

Looduslikus metsas täheldasid teadlased, et puude ebaühtlane kõrgus ja nendevahelised tühimikud pakuvad kaitset laiema sageduste ulatuse eest kui puude ühtlane paigutus. Kui mets kujundada nii, et selle kõrgus serva suunas kahaneb,kataksid nad veel laiema seismilise võnkesageduse.

Kaitse ka tehisliku värina eest

Teadlased kutsuvad seda “metakiiluks”, kuna kaitsva metsa kõrgus kahaneks serva suunas samamoodi nagu kiil ühest servast aheneb. Metakiilu võiks luua päris puudest või siis postidest, mis toimiks tehislike resonaatoritena. Metakiilud suudavad tõhusat kaitset pakkuda vaid kahest suunast tulevate lainete vastu, kuid teadlased loodavad ka selle mure lahendada.

Metakiile saaks kasutada igapäevasemate murede lahenduseks, hooneid ohustavate vibratsioonide tõrjumiseks. Üks näide on raudteed ümbritsevad alad, metamaterjali oleks võimalik paigutada rööbastee ja majade vahele jäävale alale, nii et lained suunataks pinnasesse või piirkonda, kus need võivad vaibuda.

Seismilised metamaterjalid huvitavad enim neid, kes otsivad kaitset tektoonilise maavärina eest. Itaalia teadlased korraldavad sarnaseid eksperimente, kus resonaatorid on paigutatud pinnasesse, mitte selle peale.

Kuningliku kolledži teadlased uurivad viisi, kuidas ka puuraukude süsteemi teha tõhusamaks. Teadlasrühm taotleb patenti selle lahenduse versioonile, mis toimib nende väitel isegi seismilistel lainepikkustel. Mõnedes maailmajagudes esineb väga väikseid, kuid üsna regulaarseid maavärinaid. Aastate möödudes tekitavad need hoonekahjustusi. Kui on teada, mis suunast maavärinad tavaliselt tulevad, on võimalik nende majade läheduses pinnast töödelda, puuraugud teha, nii et värinad peegelduvad lihtsalt kuhugile eemale. Selline lahendus võiks huvitada majaomanikke, kindlustusfirmasid ja ehitusettevõtteid.

Toimetas
Virgo Siil

Nime väli peab olema täidetud
Mitte rohkem kui 50 tähemärki
Kommentaari väli ei saa olla tühi
Mitte rohkem kui 50 tähemärki
Kommentaari väli ei saa olla tühi
Mitte rohkem kui 1024 tähemärki
{{error}}

Teade toimetusele edastatud

Sellelt Ip-aadressilt on ligipääs piiratud

Samal teemal

Kommentaare veel ei ole. Ole esimene!

Vasta kommentaarile

+{{childComment.ReplyToName}}:
Vasta kommentaarile
Vasta

Laadi juurde ({{take2}})
Kommenteerimine on lubatud registreeritud kasutajatele!Olete sisseloginud kui {{userAlias}}
Nime väli peab olema täidetud
Mitte rohkem kui 50 tähemärki
Kommentaari väli ei saa olla tühi
Mitte rohkem kui 1024 tähemärki
{{error}}
Autendi ja kommenteeri ID-kaardiga.
Lisa uus kommentaar
  • foto
    Graafik: november oli keskmisest jahedam ja sombusem
    02.12

    Novembris võis Eestis Päikest keskmiselt taevalaotusel näha vaid 26 tundi. Õhutemperatuur jäi paljuaastasest keskmisest 1,4 °C võrra madalamaks.

  • foto
    Kui palju kaalub inimkonna loodud tehisloodus?
    01.12

    Inimkond on oma tegevusega loonud maakerale litosfääri, hüdrosfääri, atmosfääri ja biosfääri kõrvale uue kesta. Kõiki inimeste loodud struktuure nagu elumaju ja tehaseid, esemeid nagu potte-panne ja nutitelefone ning lõpuks ka prügimägesid, kuhu need esemed jõuavad, võime ühtekokku nimetada tehnosfääriks. Ja tehnosfäär loomulikult üha kasvab.

  • foto
    Käesoleval aastal on Suure Vallrahu koralle surnud rohkem kui kunagi varem
    29.11

    Teadlased kinnitasid teisipäeval, et ulatusliku pleekimise tõttu on seal aastal surnud rohkem Suure Vallrahu koralle kui kunagi varem.

  • foto
    Metamaterjal kaitseb maavärina eest
    24.11

    Sarnaselt heli ja valgusega levivad ka maavärinad lainetena. Juba on loodud materjale, mille struktuur mõjutab heli ja valguse levikut. Nüüd töötavad teadlased aga selle kallal, et luua nendest struktuuridest suuremad versioonid, mida saaks kasutada maavärina leviku kontrollimiseks.

  • foto
    Libedusetõrje sunnib konnad sugu vahetama
    23.11

    Kui tee on talvel libe, visatakse sellele soola. See sulatab jääd ja teel saab kindlamini sõita. Kuid teede soolatamisel on ka omad puudused. Ameerika Ühendriikides tehtud katsetest selgub, et teedele visatav sool võib mõjutada lähialade konnaasurkonna soolist koosseisu.

  • foto
    Teadus kolme minutiga: Katre Juganson ja nanomaterjalide nähtamatu oht
    23.11

    Viimastel aastatel on leiutatud mitmeid nanomaterjale, mida leiab juba erinevatest toodetest ja millele pannakse suuri lootusi meditsiinis ja elektroonikas. Kui esmapilgul võib tunduda, et nanomaterjalidest saabki vaid kasu, võivad head omadused muuta need elusloodusele samas ka ohtlikuks, märgib keemilise ja bioloogilise füüsika instituudi nooremteadur Katre Juganson.

  • foto
    Vett on maa sees seniarvatust sügavamal
    22.11

    Vett võib leiduda veel sügavamal Maa sees, kui seni arvatud. Teadlased väidavad, et 400 kuni 600 kilomeetri sügavusel maakera vahevöös leidub mineraalide sees vett.

  • foto
    Lõhn meelitab merelinnud plastitükke sööma
    21.11

    Maailmameri on täis plastitükke ja paljud neist leiavad tee merelindude kõhtu. Miks aga linnukesed toidu asemel prahti nokivad? Kas plastitükk näeb tõesti linnu jaoks välja kui ahvatlev maiuspala? Mine tea, kuid teisalt on ka teada, et merelinnud otsivad süüa peamiselt lõhna järgi.

  • foto
    Chicxulubi asteroid kuhjas kokku Everestist kõrgema mäe
    18.11

    66 miljonit aastat tagasi langes Maale suur asteroid, tekitas tänase Mehhiko rannikule suure kraatri, mida tuntakse Chicxulubi nime all ja korraldas suure looduskatastroofi, mis hävitas dinosaurused. Tänavu sõitis rühm teadlasti kraatri veealuse osa kohale, laskis merepõhja alla puuri ja tõi sealt alla kivimiproove. Nüüd kirjutavad nad ajakirjas Science, mida on nad neist proovidest välja lugenud.

  • foto
    Lugeja küsib: kui palju pilvedesse lund mahub?
    16.11

    Viimasel nädalal maha sadanud lumi on tekitanud meeleheidet ilmselt nii mõneski Novaatori lugejas. Küsimusele, kui palju lund ühes pilves leidub ja kuidas pilved üleüldse õhus püsivad, aitas vastuse leida Tartu ülikooli loodusgeograafia doktorant ja vabakutseline meteoroloog Jüri Kamenik.

  • foto
    Tänane geograafianädala viktoriin keskendub planeerimisele
    15.11

    Tartu ülikooli geograafiatudengite organisatsioon EGEA-Tartu tähistab käimasolevat geograafianädalat kooliõpilaste miniviktoriiniga.

  • foto
    ÜRO: 2016 on tõenäoliselt teadaolevaist kuumim aasta
    14.11

    Lõppevast aastast kujuneb suure tõenäosusega kuumim dokumenteeritud aasta, teatas ÜRO esmaspäeval.

  • foto
    Brexit võib olla mesilastele kahjulik  
    09.11

    Brittide lahkumisel Euroopa Liidust ehk Brexitil võivad olla tõsised tagajärjed mesilastele ja mesilasi uurivatele teadlastele, selgitab rahvusvahelise mesilaste uurimise ühingu (IBRA) teadusdirektor Norman Carreck.

  • foto
    Põisadru aitab põlevkivituha graanuliteks vormida
    05.11

    Narva elektrijaamade keevkihtkateldes tekib aasta jooksul miljon tonni põlevkivituhka. Tegemist pole aga jäätmetega, vaid materjaliga, millele on teadlastega koostöös leitud mitmeid kasutusvõimalusi.

  • foto
    Sotsiaalmeedia fotode abil saab loodusvarade kasutamist kavandada  
    01.11

    Värskest uuringust ilmneb, et geosildistatud fotod (koos neile lisatud miljonite kommentaaridega) võivad pakkuda andmeid, mille abil kujundada maa kasutamise korda. Sel moel on võimalik planeerida looduskaitsealade rajamist, aga ka langetada ehitamisotsuseid terves maailmas.

  • foto
    Taastuvenergia tootmise kasv on oodatust hoogsam  
    31.10

    Eelmisel nädalal teatas Rahvusvaheline energiaagentuur (IEA), et taastuvenergia turg kasvab järgneva viie aasta jooksul tänu tugevale poliitilisele toetusele võtmeriikides ja järsule hinnalangusele eeldatust märksa kiiremini.

  • foto
    Sündis kokkulepe maailma suurima merekaitseala loomiseks Antarktikas
    28.10

    Reedel sai heakskiidu Antarktika puutumatu looduse kaitsmisele suunatud maailma suurima merekaitseala loomine Rossi meres, ütlesid ametnikud.

  • foto
    Süsihappegaas püsib atmosfääris rekordtasemel
    26.10

    Süsihappegaasi tase atmosfääris üha kasvab. Kui möödunud aastal tõusis see tase esimest korda globaalselt üle 400 osa miljoni kohta, siis Maailma Meteoroloogiaorganisatsioon WMO annab teada, et juba tänavusest aastast saab tõenäoliselt esimene aasta, mil see näitaja jääbki pidevalt seda ümmargust arvu ületama.

  • foto
    TTÜ teadussekundid: satelliitpildid merekeskkonna seires
    26.10

    Maast tehtud satelliitpilte näeb kõige sagedamini ilmateates. Satelliitseire või kaugseire laiemalt on aga enamat, kui lihtsalt ilusad pildid ja nende visuaalne interpreteerimine. Satelliitpiltidel leiduvale infole võib rajada väga erinevaid operatiivseid merekeskkonna seire teenuseid.

  • foto
    Inimesed lasevad WC-potist alla supikulpe, mänguasju, sukkpükse
    11.10

    Eesti Vee-ettevõtete Liidu (EVEL) hinnangul ei ole Eesti inimesed teadlikud või lihtsalt ei hooli sellest, et paljusid esemeid ja aineid ei tohiks tualetist alla lasta.

  • foto
    Eesti teadlased asuvad uurima antimikroobsete nanopinnakatete plusse ja miinuseid
    07.10

    See, mis ühele hea, võib teisele osutuda halvaks. Nii on ka antimikroobsete pinnakatetega: hoiavad küll pinnad, näiteks lauad, käsipuud, ukselingid mikroobivabad ja aitavad vältida inimeste nakatumist, ent võivad soodustada ravimresistentsete mikroobide teket jning kahjustada keskkonda.

  • foto
    100 sekundi video: kas töökeskkond mõjutab kasumlikkust?
    07.10

    Tartu ülikooli töökeskkonnalabori juhataja Margit Oja sõnul näitavad uuringud, et kehv sisekliima võib töötajate produktiivsust kuni 20% vähendada.

  • foto
    Pesupesu saastab keskkonda rohke plastpuruga  
    28.09

    Inimtegevus saastab keskkonda. Tundub, et sinna pole tänapäeval enam midagi parata, sest briti teadlaste uuringust selgub, et kasvõi niisuguses igapäevases teos nagu pesu pesemine tekib sadu tuhandeid plastkiude, millest pääsevad tõenäoliselt paljud läbi reoveepuhastite ka looduskeskkonda.

  • foto
    Kuidas vedelad soolad aitavad ökoloogilist jalajälge vähendada?
    22.09

    Sellele heidab valgust Tartu ülikooli keemiku Carolin Siimensoni hiljuti kaitstud doktoritöö.

  • foto
    Maie Kiisel: miks on ökoloogilist jalajälge nii keeruline vähendada?
    20.09

    Minu huvi ühiskonna vastu kasvas välja huvist keskkonna vastu. Olin keskkonnaaktivist ja olen palju uurinud ka keskkonnaliikumisi Eestis, keskkonna kujutamist meedias, tarbimist, ökoinnovatsiooni ja ka seda, kuidas panna inimesi ökoloogiliselt ja säästlikult käituma.

  • foto
    Läänemere tormiveed tõusevad kordades kiiremini kui maailmaookeani tase
    19.09

    Sel ajal kui kliimamuutuste mõjude pärast muretsejad räägivad valdavalt jää sulamisest ja ookeani taseme tõusust, jätavad paljud kahe silma vahele tuulesuuna muutustega kaasneda võivad ohud.

  • foto
    IAEA: Eestil tuleks parandada kiirgustegevuslubade järelevalvet
    16.09

    Eesti kohta tehtud kiirgusohutuse hinnangus soovitatakse haiglatel teavitada paremini kiirgusega kokkupuutuvaid patsiente, parandada kiirgusloa-omanike järelevalvet ja ehitada radioaktiivsete jäätmete lõppladestuspaik, sest Paldiski ladestuspaik tuleb varsti lammutada.

  • foto
    100 sekundi video: tarkvara turvalisemaks tee-ehituseks
    16.09

    Tartu ülikooli kõrvalfirma Rewild loodud veebiplatvorm WildAr aitab maanteede rajamisel vajalikku keskkonnamõjude hindamise protsessi oluliselt kiirendada ning ehitada loodussõbralikumaid teid.

  • foto
    Kuu paneb maa värisema
    14.09

    Täiskuu ja noorkuu ajal on rohkem tugevaid maavärinaid. Nõnda väidavad jaapani teadlased, kelle sõnul võivad needsamad gravitatsiooninähtused, mis tekitavad ookeanides tõuse ja mõõnu, vallandada ka tugevaid maavärinaid.

  • foto
    Haruldast mineraali leidub ka Maal
    12.09

    Mineraale on teada üle 5000. Neist mõned, näiteks kvarts ja päevakivid, on levinud väga laialt, teised on väga haruldased. Näiteks tistariidist pole nagu kuulnudki – ja seda põhjusega.