Различные формы подземной деятельности, такие как глубокие колодцы или захоронение опасных материалов, требуют долгосрочной герметизации горных пород. Группа исследователей разработала инновационный метод, основанный на процессах окаменения, для герметизации трещин и разломов в горных породах с помощью «конкреционирующей смолы». Результаты были опубликованы в Коммуникационная инженерия.
Подземное захоронение загрязняющих веществ, таких как радиоактивные отходы и углекислый газ, создает уникальные проблемы. Во избежание их выброса необходимо герметизировать стволы и скважины, используемые для исследований, и обеспечить отсутствие утечек из породы в течение длительного времени. К сожалению, современные герметизирующие материалы на основе цемента не обеспечивают долговременной функциональности и долговечности. Особенно в сейсмоопасных странах, таких как Япония, это может вызвать будущие осложнения, такие как утечки.
Чтобы найти решение, ведущий исследователь Хидекадзу Ёсида из Музея Университета Нагои обратился к своему опыту в области сохранения окаменелостей в конкрециях карбоната кальция. Он понял, что такие конкреции формируются довольно быстро, в течение нескольких недель или лет, и окаменелости в конкрециях остаются удивительно неповрежденными в течение миллионов лет, даже если их извлекают из мест, подверженных выветриванию и сейсмическим возмущениям. Он размышлял о потенциальном использовании подобного подхода в промышленном контексте.
«Я понял, что хорошо сохранившиеся окаменелости в конкрециях выдерживали выветривание и тому подобное в естественной среде на протяжении десятков и сотен тысяч лет», — сказал Ёсида. «Меня вдохновило изучение того, как быстро формировались конкременты и почему окаменелости внутри них так хорошо сохранились».
Одной из причин долговечности окаменелостей является процесс конкреции. Это естественный процесс окаменения, при котором минералы грунтовых вод осаждаются из воды и накапливаются вокруг органического материала. Кальцит в грунтовых водах запечатывает останки, образуя вокруг них кристаллы, связывая окружающие отложения. Этот механизм создает почти непроницаемую окаменелость: кристаллы блокируют даже небольшие отверстия размером в микрометр.
Основываясь на процессе образования конкрементов, исследователи смешали два агента, чтобы получить «смолу, образующую конкременты». Смола удерживает ионы, необходимые для образования кальцита при добавлении воды. Кальцит образует непроницаемые кристаллы в трещинах и отверстиях, воспроизводя наблюдаемый в природе процесс образования конкрементов, только гораздо быстрее.
Во время испытаний в подземной лаборатории на глубине 350 метров под поверхностью Хоккайдо, самого северного острова Японии, исследователи обнаружили, что их материал на основе смолы обладает замечательными герметизирующими свойствами. При применении к путям потоков в скале он полностью и быстро запечатывал их.
За два дня в этом районе произошло шесть землетрясений, в том числе землетрясение магнитудой 5,4, что подвергло смолу окончательному испытанию. Несмотря на еще пять землетрясений за период испытаний, трещины остались заделанными. Фактически, открытые трещины даже закрывались по мере реформирования кристаллов.
«Землетрясения были совпадением; мы никогда этого не ожидали и не планировали», – сказал Ёсида. «Они были для нас сюрпризом, но это была прекрасная возможность увидеть эффективность материала. Никогда ранее не сообщалось о таком быстродействующем и устойчивом эффекте запечатывания трещин горных пород, включая заделку трещин после землетрясения. Обычные цементные материалы не может достичь этого результата».
Группа тесно сотрудничает с Японским агентством по атомной энергии, Sekisui Chemical Co. и Chubu Electric Power Co., Ltd., чтобы гарантировать, что смола будет коммерчески жизнеспособной. После успешных испытаний команда ожидает широкого спектра применений, включая долгосрочное подземное хранение радиоактивных отходов и углекислого газа, герметизацию заброшенных нефтяных скважин, контроль грунтовых вод во время раскопок горных пород и шахт, а также ремонт трещин в стареющей инфраструктуре, такой как дороги. и здания.
2024-05-23 01:43:27
1716433943
#Окаменелость #трещин #инфраструктуре #создает #герметизацию #способную #пережить #даже #землетрясения
