MILIPUKO KANDO YA PANGO: MIRIJA MIFUPI NDIYO ILIYOKUWA HATARINI ZAIDI

Katika safu ya milima ya Vercors, kusini-mashariki mwa Ufaransa, pango la Choranche hupokea takriban wageni 100,000 kwa mwaka. Hazina yake ni msitu wa mirija ya soda (soda straws): stalaktiti zilizo tupu ndani na zinazopenyeza mwanga, ambazo hukua pete kwa pete ya kalsiti kuzunguka tone la maji linaloning’inia kwenye ncha yake. Hufikia urefu wa hadi mita 3 kwa kipenyo cha takriban milimita 5, zikiwa na ukuta wenye unene wa nusu milimita. Zikikua kati ya milimita 0.09 na 0.92 kwa mwaka, ndefu zaidi huenda zilianza kujiunda miaka 3,200 hadi 33,000 iliyopita.

Kisha ikaja kazi ya ujenzi. Njia nyembamba ya waenda kwa miguu inayoning’inia chini ya genge, inayowaongoza wageni hadi pangoni, ilibidi isogezwe karibu zaidi na ukuta wa mwamba kwa urefu wa takriban mita 100. Mitambo mizito haikuweza kufika eneo la kazi, kwa hiyo mwamba ulilazimika kukatwa kwa vilipuzi — makumi machache ya mita kutoka kwenye mirija. Uharibifu wa miundo kama hiyo hauwezi kurekebishwa.

Kupima sauti ya stalaktiti

P. Bottelin na wenzake wa ADRGT, Université Grenoble Alpes na kampuni ya jioteknolojia ya eneo hilo, pamoja na kampuni inayoendesha pango na iliyofadhili utafiti, walianza kwa kuuchukulia kila mrija kama ulivyo kimekanika: bomba jembamba lililobanwa upande mmoja. Bomba kama hilo hutetemeka kwa mfululizo wa masafa asilia (natural frequencies) — “noti” zake zenyewe — zinazotegemea urefu wake: kadiri bomba linavyokuwa fupi, ndivyo noti inavyokuwa ya juu zaidi.

Timu ilikusanya mirija 15 iliyovunjika, mingi kutoka chini ya ziwa la pango, na kupima kwa kipima-mtetemo cha leza (laser vibrometer) mitetemo ya minne kati yake maabarani, kisha ile ya mrija mmoja ambao bado unaning’inia pangoni, ambapo tone la maji kwenye ncha yake liliakisi mwali wa leza. Vipimo vinaendana na fomula ya vitabuni ya boriti inayotetemeka, kwa ukakamavu (moduli ya Young) wa gigapaskali 60. Mrija ulio pangoni, ambao hakuna aliyeweza kuufikia ili kuupima, ulilia kwa hertz 1.2 (mitetemo kwa sekunde) na kwa noti 13 za juu zaidi hadi hertz 650: noti hizo zilitoa urefu wake, mita 1.78. Mirija hupunguza kwa shida sana mitetemo yake yenyewe: ikishaanza kulia, huendelea.

Majaribio ya kupinda kwenye sampuli 25 yalitoa mkazo (stress) — nguvu inayovuta kila milimita ya mraba ya kalsiti — ambapo mrija huvunjika: kati ya megapaskali 2.5 na 16.2, yaani newtoni 2.5 hadi 16.2 kwa kila milimita ya mraba. Timu ilichukua kikomo cha tahadhari cha megapaskali 1.25, nusu ya thamani dhaifu zaidi.

Milipuko ya majaribio

Kisha yakaja milipuko midogo ya majaribio, ya hadi kilogramu 0.2, iliyorekodiwa na vihisi vilivyofungwa kwenye ukuta wa pango. Takriban mita 55 kutoka kihisi cha pangoni, mlipuko wa kilogramu 0.2 ulifanya ukuta wa mwamba utetemeke kwa sehemu ya kumi ya sekunde, uso wake ukisogea mbele na nyuma kwa kasi ya juu kabisa ya takriban milimita 1 kwa sekunde — njia ya kawaida ambayo wahandisi hupima mtikisiko wa ardhi. Mtetemo wake ulienea kutoka hertz 10 hadi 500, ukiwa na kilele karibu na hertz 175.

Modeli ya kompyuta ya mirija yenye urefu wa sentimita 2.5 hadi mita 3 kisha ilirudia mtikisiko uliorekodiwa. Matokeo yanakwenda kinyume na matarajio. Mkazo mbaya zaidi uliikumba mirija yenye urefu wa takriban sentimita 15, ambayo noti yake ya msingi — ya chini kabisa katika mfululizo wake — iko sawasawa kwenye hertz 175: inaingia katika mwangwi (resonance) na mlipuko. Mirija ya kati ya sentimita 10 na mita 1 ndiyo iliyokuwa hatarini zaidi; ile mirefu zaidi, ingawa ni mizito zaidi, iliathirika kidogo. Mwangwi unaweza kuzidisha mzigo hadi mara tano.

Milipuko ya ujenzi hufyatua chaji kadhaa zilizotenganishwa kwa makumi machache ya milisekunde, ili kuzuia mawimbi yasijumlike. Katika modeli, chaji kumi zilizotenganishwa kwa milisekunde 20 hadi 30 ziliongeza kidogo tu kilele cha mtikisiko, kutoka takriban milimita 1 hadi 1.3 kwa sekunde, lakini zilizidisha mkazo mara 3.5: msururu wa mawimbi una masafa ya juu kwa wingi zaidi, hasa yale ambayo mirija mifupi huyanasa.

Kikomo cha kasi kwa mwamba

Kwa kukuza mtikisiko hadi mkazo ulipofikia kikomo cha tahadhari, timu ilipata kizingiti: milimita 2.4 kwa sekunde kwenye ukuta wa pango kwa milipuko iliyocheleweshwa, 8.6 kwa mlipuko mmoja. Sheria iliyolinganishwa na jinsi mitetemo inavyofifia kadiri umbali unavyoongezeka kisha ilibadilisha hili kuwa chaji kubwa zaidi inayoruhusiwa katika kila umbali. Milipuko ya uchimbaji ilitekelezwa ndani ya kikomo hicho, na hakuna mrija ulioharibika.

Hali ya tetemeko la ardhi

Timu pia iliiga tetemeko la ardhi la kikanda, ikitumia tetemeko la Barcelonnette la mwaka 2014, lenye ukubwa wa 5.2, lililorekodiwa takriban kilomita 10 kutoka kitovu chake, kama mbadala wa tetemeko la marejeo la eneo hilo la mwaka 1962, ambalo halikuwahi kurekodiwa. Ndani kabisa chini ya ardhi, mtikisiko unatarajiwa kushuka hadi takriban sehemu ya kumi ya thamani yake juu ya ardhi. Tetemeko la ardhi hutetemeka polepole, chini ya takriban hertz 10, kwa hiyo safari hii mirija yenye urefu wa mita 1 hadi 2 ndiyo inayoingia katika mwangwi. Mkazo ulibaki chini ya kikomo: tukio kama hilo huenda lisingeivunja.

Somo hili linavuka mipaka ya Choranche. Mbinu zinazopima hatari ya stalaktiti kwa kutumia kilele cha mchapuko (peak acceleration) pekee, bila kuzingatia mwangwi, zinaweza kukadiria hatari chini sana ya ilivyo — chanzo cha upotoshaji kwa tafiti zinazosoma matetemeko ya zamani kutokana na miundo ya pangoni iliyovunjika au iliyo salama. Utafiti huo, uliochapishwa mwaka 2020 katika Journal of Seismology na sasa kuwekwa kwenye arXiv, unahusu tu mirija yenye umbo kamili la bomba; stalaktiti nene zaidi, nguzo na mapazia ya mawe (draperies) kila moja ingehitaji modeli yake.