গুহার পাশে বিস্ফোরণ: সবচেয়ে ঝুঁকিতে ছিল ছোট স্ট্রগুলো

দক্ষিণ-পূর্ব ফ্রান্সের ভেরকর (Vercors) পর্বতমালায় শোরঁশ (Choranche) গুহায় বছরে প্রায় 100,000 দর্শনার্থী আসেন। এর সম্পদ হলো সোডা স্ট্রের (soda straws) একটি বন: ফাঁপা, স্বচ্ছাভ স্ট্যালাকটাইট, যা তাদের ডগায় ঝুলে থাকা জলের ফোঁটাকে ঘিরে ক্যালসাইটের একটির পর একটি বলয় জমে গড়ে ওঠে। এগুলো দৈর্ঘ্যে 3 মিটার পর্যন্ত পৌঁছায়, অথচ ব্যাস প্রায় 5 মিলিমিটার, আর দেয়াল আধা মিলিমিটার পুরু। বছরে 0.09 থেকে 0.92 মিলিমিটার করে বাড়ায়, সবচেয়ে লম্বাগুলো হয়তো গড়ে উঠতে শুরু করেছিল 3,200 থেকে 33,000 বছর আগে।

তারপর এল একটি নির্মাণকাজ। খাড়া পাহাড়ের পাদদেশে ঝুলে থাকা যে সরু পায়ে-চলা পথটি দর্শনার্থীদের গুহায় নিয়ে যায়, প্রায় 100 মিটার জুড়ে সেটিকে পাথরের দেয়ালের আরও কাছে সরাতে হতো। ভারী যন্ত্রপাতি সেখানে পৌঁছাতে পারত না, তাই পাথর কাটতে হতো বিস্ফোরক দিয়ে — স্ট্রগুলো থেকে মাত্র কয়েক দশ মিটার দূরে। এমন গঠনের ক্ষতি আর কখনো পূরণ করা যায় না।

একটি স্ট্যালাকটাইটের সুর মাপা

ADRGT, ইউনিভার্সিতে গ্রনোবল আল্প (Université Grenoble Alpes) ও একটি স্থানীয় ভূ-প্রকৌশল প্রতিষ্ঠানের পি. বতলাঁ (P. Bottelin) ও সহকর্মীরা, গুহাটির পরিচালনাকারী ও গবেষণার অর্থদাতা কোম্পানির সঙ্গে মিলে, শুরু করেছেন প্রতিটি স্ট্রকে যান্ত্রিকভাবে সেটি যা, সেভাবেই বিবেচনা করে: এক প্রান্তে আটকানো একটি সরু নল। এমন নল একগুচ্ছ স্বাভাবিক কম্পাঙ্কে (natural frequencies) কাঁপে — তার নিজস্ব “সুর” — যা নির্ভর করে তার দৈর্ঘ্যের ওপর: নল যত ছোট, সুর তত চড়া।

দলটি 15টি ভাঙা স্ট্র সংগ্রহ করেছে, বেশিরভাগই গুহার হ্রদের তলা থেকে, আর একটি লেজার ভাইব্রোমিটার (laser vibrometer) দিয়ে মেপেছে গবেষণাগারে সেগুলোর চারটির কম্পন, তারপর গুহায় এখনও ঝুলে থাকা একটি স্ট্রের কম্পন, যেখানে তার ডগার জলের ফোঁটা লেজার রশ্মি প্রতিফলিত করেছে। পরিমাপগুলো কম্পমান দণ্ডের (beam) পাঠ্যবইয়ের সূত্রের সঙ্গে মিলে যায়, 60 গিগাপ্যাসকেল দৃঢ়তা (ইয়ংয়ের গুণাঙ্ক, Young’s modulus) ধরে। গুহার স্ট্রটি, যার কাছে পৌঁছে কেউ মাপতে পারেনি, বেজেছে 1.2 হার্ৎজে এবং 650 হার্ৎজ পর্যন্ত আরও 13টি উঁচু সুরে: সুরগুলো থেকে তার দৈর্ঘ্য পাওয়া গেছে, 1.78 মিটার। স্ট্রগুলো নিজেদের কম্পন প্রায় দমাতেই পারে না: একবার বাজতে শুরু করলে বাজতেই থাকে।

25টি নমুনার ওপর বাঁকানোর পরীক্ষায় পাওয়া গেছে কোন পীড়নে (stress) একটি স্ট্র ভেঙে যায়: 2.5 থেকে 16.2 মেগাপ্যাসকেলের মধ্যে। দলটি একটি সতর্ক সীমা নিয়েছে, 1.25 মেগাপ্যাসকেল, সবচেয়ে দুর্বল মানের অর্ধেক।

পরীক্ষামূলক বিস্ফোরণ

এরপর এল ছোট পরীক্ষামূলক বিস্ফোরণ, 0.2 কিলোগ্রাম পর্যন্ত, যা গুহার দেয়ালে আটকানো সেন্সরে রেকর্ড করা হয়েছে। গুহার সেন্সর থেকে প্রায় 55 মিটার দূরে 0.2 কিলোগ্রামের একটি বিস্ফোরণ পাথরকে কাঁপিয়েছে প্রায় সেকেন্ডে 1 মিলিমিটার বেগে, এক সেকেন্ডের দশ ভাগের এক ভাগ সময় ধরে। এর কম্পন ছড়িয়ে ছিল 10 থেকে 500 হার্ৎজ জুড়ে, যার শিখর প্রায় 175 হার্ৎজে।

তারপর 2.5 সেন্টিমিটার থেকে 3 মিটার লম্বা স্ট্রের একটি কম্পিউটার মডেলে রেকর্ড করা কম্পন আবার চালানো হয়েছে। ফলাফল সহজাত ধারণার উল্টো। সবচেয়ে বেশি পীড়ন পড়েছে প্রায় 15 সেন্টিমিটার লম্বা স্ট্রগুলোর ওপর, যাদের মূল সুর ঠিক 175 হার্ৎজে: বিস্ফোরণের সঙ্গে এদের অনুনাদ (resonance) ঘটে। 10 সেন্টিমিটার থেকে 1 মিটারের মধ্যের স্ট্রগুলো ছিল সবচেয়ে ঝুঁকির মুখে; লম্বাগুলো, ভারী হলেও, কম পীড়ন সয়েছে। অনুনাদ ভারকে পাঁচ গুণ পর্যন্ত বাড়িয়ে দিতে পারে।

নির্মাণকাজের বিস্ফোরণে কয়েক দশ মিলিসেকেন্ড ব্যবধানে কয়েকটি চার্জ ফাটানো হয়, যাতে তরঙ্গগুলো একে অপরের সঙ্গে যোগ হয়ে না যায়। মডেলে 20 থেকে 30 মিলিসেকেন্ড ব্যবধানে দশটি চার্জ শিখর-কম্পন সামান্যই বাড়িয়েছে, সেকেন্ডে প্রায় 1 থেকে 1.3 মিলিমিটারে, কিন্তু পীড়নকে 3.5 গুণ বাড়িয়ে দিয়েছে: তরঙ্গের সারিটি উচ্চ কম্পাঙ্কে বেশি সমৃদ্ধ, ঠিক সেগুলোতেই যা ছোট স্ট্রগুলো ধরে ফেলে।

পাথরের জন্য গতিসীমা

পীড়ন সতর্ক সীমায় না পৌঁছানো পর্যন্ত কম্পনকে বাড়িয়ে গিয়ে একটি সীমা পাওয়া গেছে: বিলম্বিত বিস্ফোরণের জন্য গুহার দেয়ালে সেকেন্ডে 2.4 মিলিমিটার, একক বিস্ফোরণের জন্য 8.6। দূরত্বের সঙ্গে কম্পন কীভাবে ক্ষীণ হয়ে আসে, তার সঙ্গে ফিট করা একটি সূত্র এরপর এটিকে প্রতিটি দূরত্বে অনুমোদিত সর্বোচ্চ চার্জে রূপান্তর করেছে। খননের বিস্ফোরণগুলো সেই সীমার মধ্যেই চালানো হয়েছে, আর কোনো স্ট্র ক্ষতিগ্রস্ত হয়নি।

ভূমিকম্পের ক্ষেত্রে

দলটি একটি আঞ্চলিক ভূমিকম্পও সিমুলেট করেছে: 1962 সালের স্থানীয় রেফারেন্স ভূমিকম্পটি কখনো রেকর্ড হয়নি, তাই তার প্রতিনিধি হিসেবে নেওয়া হয়েছে 2014 সালের 5.2 মাত্রার বার্সেলোনেত (Barcelonnette) ভূমিকম্প, যা তার উপকেন্দ্র থেকে প্রায় 10 কিলোমিটার দূরে রেকর্ড করা হয়েছিল। মাটির গভীরে কম্পন নেমে আসার কথা পৃষ্ঠের মানের প্রায় দশ ভাগের এক ভাগে। ভূমিকম্প কাঁপায় ধীরে, প্রায় 10 হার্ৎজের নিচে, তাই এবার অনুনাদ ঘটে 1 থেকে 2 মিটার লম্বা স্ট্রগুলোর। পীড়ন সীমার নিচেই থেকেছে: এমন ঘটনা সম্ভবত তাদের ভাঙবে না।

শিক্ষাটি শোরঁশ ছাড়িয়েও প্রযোজ্য। যে পদ্ধতিগুলো অনুনাদ উপেক্ষা করে কেবল শিখর ত্বরণ দিয়ে একটি স্ট্যালাকটাইটের ঝুঁকি বিচার করে, সেগুলো বিপদকে মারাত্মকভাবে কম করে আঁকতে পারে — যা পক্ষপাত তৈরি করে সেই গবেষণাগুলোতে, যেগুলো গুহার ভাঙা বা অক্ষত গঠন দেখে অতীতের ভূমিকম্প পড়ে। 2020 সালে Journal of Seismology-তে প্রকাশিত এবং এখন arXiv-এ তোলা গবেষণাটি কেবল নিখুঁতভাবে নলাকার স্ট্র নিয়ে; মোটা স্ট্যালাকটাইট, স্তম্ভ আর পর্দার মতো গঠনের (draperies) প্রতিটির জন্য আলাদা মডেল লাগবে।