குகைக்கு அருகே வெடிவைப்பு: குட்டையான உறிஞ்சுகுழல்களுக்கே மிகப் பெரிய ஆபத்து

தென்கிழக்குப் பிரான்சின் Vercors மலைத்தொடரில், Choranche குகை ஆண்டுக்கு ஏறக்குறைய 100,000 பார்வையாளர்களை வரவேற்கிறது. அதன் பொக்கிஷம் சோடா உறிஞ்சுகுழல்களின் (soda straws) ஒரு காடு: நுனியில் தொங்கும் நீர்த்துளியைச் சுற்றி, கால்சைட் வளையம் வளையமாக வளரும், உள்ளீடற்ற, ஒளி ஊடுருவும் தொங்கு படிவுகள் (stalactites). அவை சுமார் 5 மில்லிமீட்டர் விட்டத்துடன் 3 மீட்டர் வரை நீளத்தை எட்டுகின்றன; அவற்றின் சுவர் அரை மில்லிமீட்டர் தடிமன் கொண்டது. ஆண்டுக்கு 0.09 முதல் 0.92 மில்லிமீட்டர் வரை வளர்வதால், மிக நீளமானவை 3,200 முதல் 33,000 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு உருவாகத் தொடங்கியிருக்கலாம்.

பிறகு ஒரு கட்டுமானப் பணி வந்தது. பார்வையாளர்களைக் குகைக்கு அழைத்துச் செல்லும், செங்குத்துப் பாறையின் அடிவாரத்தில் தொங்கும் குறுகிய நடைபாதையை, ஏறக்குறைய 100 மீட்டர் நீளத்துக்குப் பாறைச் சுவருக்கு அருகே நகர்த்த வேண்டியிருந்தது. கனரக இயந்திரங்கள் அந்த இடத்தை அடைய முடியாததால், பாறையை வெடிபொருட்களைக் கொண்டு வெட்ட வேண்டியிருந்தது — உறிஞ்சுகுழல்களிலிருந்து சில பத்து மீட்டர் தொலைவில். இத்தகைய படிவுகளுக்கு ஏற்படும் சேதத்தைச் சரிசெய்யவே முடியாது.

ஒரு தொங்கு படிவின் சுருதியை அளத்தல்

ADRGT, Université Grenoble Alpes, ஓர் உள்ளூர் புவித்தொழில்நுட்ப (geotechnical) நிறுவனம் ஆகியவற்றைச் சேர்ந்த P. Bottelin மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள், குகையை நிர்வகித்து இந்த ஆய்வுக்கு நிதியளித்த நிறுவனத்துடன் சேர்ந்து, ஒவ்வொரு உறிஞ்சுகுழலையும் இயந்திரவியல் நோக்கில் அது உண்மையில் என்னவோ அவ்வாறே அணுகித் தொடங்கினர்: ஒரு முனையில் இறுக்கிப் பிடிக்கப்பட்ட ஒரு மெல்லிய குழாய். அத்தகைய குழாய், அதன் நீளத்தைப் பொறுத்த தொடர்ச்சியான இயல்பு அதிர்வெண்களில் (natural frequencies) — அதன் சொந்த “சுரங்களில்” — அதிர்கிறது: குழாய் எவ்வளவு குட்டையோ, சுரம் அவ்வளவு உயர்வு.

குழு உடைந்த 15 உறிஞ்சுகுழல்களைச் சேகரித்தது — பெரும்பாலும் குகை ஏரியின் அடியிலிருந்து — ஒரு லேசர் அதிர்வுமானியைக் (laser vibrometer) கொண்டு, ஆய்வகத்தில் அவற்றில் நான்கின் அதிர்வுகளையும், பிறகு குகையில் இன்னும் தொங்கிக்கொண்டிருந்த ஓர் உறிஞ்சுகுழலின் அதிர்வுகளையும் அளந்தது — அங்கே அதன் நுனியிலிருந்த நீர்த்துளி லேசர் கற்றையைப் பிரதிபலித்தது. அளவீடுகள், அதிரும் உத்தரத்துக்கான (beam) பாடநூல் சூத்திரத்துடன், 60 கிகாபாஸ்கல் விறைப்புடன் (யங் குணகம், Young’s modulus) பொருந்துகின்றன. யாராலும் எட்டி அளக்க முடியாத, குகையிலிருந்த அந்த உறிஞ்சுகுழல், 1.2 ஹெர்ட்ஸிலும், 650 ஹெர்ட்ஸ் வரையிலான 13 உயர் சுரங்களிலும் ஒலித்தது: அந்தச் சுரங்கள் அதன் நீளத்தைத் தந்தன, 1.78 மீட்டர். உறிஞ்சுகுழல்கள் தங்கள் சொந்த அதிர்வுகளை அரிதாகவே தணிக்கின்றன: ஒருமுறை ஒலிக்கத் தொடங்கிவிட்டால், அவை தொடர்ந்து ஒலிக்கின்றன.

25 மாதிரிகள் மீதான வளைவுச் சோதனைகள், ஓர் உறிஞ்சுகுழல் முறியும் தகைவைத் (stress) தந்தன: 2.5 முதல் 16.2 மெகாபாஸ்கல் வரை. குழு, மிகப் பலவீனமான மதிப்பின் பாதியான 1.25 மெகாபாஸ்கல் என்ற எச்சரிக்கையான வரம்பை எடுத்துக்கொண்டது.

சோதனை வெடிப்புகள்

அடுத்து, 0.2 கிலோகிராம் வரையிலான சிறிய சோதனை வெடிப்புகள் நடத்தப்பட்டன; குகைச் சுவரில் பொருத்தப்பட்ட உணரிகள் அவற்றைப் பதிவு செய்தன. குகை உணரியிலிருந்து ஏறக்குறைய 55 மீட்டர் தொலைவில், 0.2 கிலோகிராம் வெடிப்பு ஒன்று, ஒரு வினாடியின் பத்தில் ஒரு பங்கு நேரத்துக்குப் பாறையை வினாடிக்கு ஏறக்குறைய 1 மில்லிமீட்டர் வேகத்தில் உலுக்கியது. அதன் அதிர்வு 10 முதல் 500 ஹெர்ட்ஸ் வரை பரவியிருந்தது; ஏறக்குறைய 175 ஹெர்ட்ஸில் ஓர் உச்சம் இருந்தது.

பின்னர், 2.5 சென்டிமீட்டர் முதல் 3 மீட்டர் வரை நீளமுள்ள உறிஞ்சுகுழல்களின் ஒரு கணினி மாதிரி, பதிவு செய்யப்பட்ட அதிர்வை மீண்டும் இயக்கிப் பார்த்தது. முடிவு உள்ளுணர்வுக்கு முரணானது. மிக மோசமான தகைவு, ஏறக்குறைய 15 சென்டிமீட்டர் நீளமுள்ள உறிஞ்சுகுழல்களைத் தாக்கியது; அவற்றின் அடிப்படைச் சுரம் சரியாக 175 ஹெர்ட்ஸில் அமைந்துள்ளது: அவை வெடிப்புடன் ஒத்ததிர்கின்றன (resonate). 10 சென்டிமீட்டருக்கும் 1 மீட்டருக்கும் இடைப்பட்ட உறிஞ்சுகுழல்களே மிக அதிகமாக ஆபத்துக்கு உள்ளாகியிருந்தன; நீளமானவை, கனமானவையாக இருந்தபோதிலும், குறைவாகவே பாதிக்கப்பட்டன. ஒத்ததிர்வு சுமையை ஐந்து மடங்கு வரை பெருக்கக்கூடும்.

கட்டுமான வெடிவைப்பில், அலைகள் ஒன்றோடொன்று கூடிப் பெருகாமல் இருக்க, பல வெடிமருந்து நிரப்புகள் சில பத்து மில்லிவினாடி இடைவெளியில் வெடிக்கவைக்கப்படுகின்றன. மாதிரியில், 20 முதல் 30 மில்லிவினாடி இடைவெளியிலான பத்து நிரப்புகள், உச்ச அதிர்வை அரிதாகவே உயர்த்தின — வினாடிக்கு ஏறக்குறைய 1-இலிருந்து 1.3 மில்லிமீட்டருக்கு — ஆனால் தகைவை 3.5 மடங்கு பெருக்கின: அந்த அலைத்தொடர் உயர் அதிர்வெண்களில் அதிக வளமானது; குட்டையான உறிஞ்சுகுழல்கள் சரியாக அவற்றையே பற்றிக்கொள்கின்றன.

பாறைக்கு ஒரு வேக வரம்பு

தகைவு எச்சரிக்கையான வரம்பை எட்டும் வரை அதிர்வை விகிதப்படி பெருக்கியது ஒரு வாசல் மதிப்பைத் தந்தது: தாமதிக்கப்பட்ட வெடிப்புகளுக்குக் குகைச் சுவரில் வினாடிக்கு 2.4 மில்லிமீட்டர், ஒற்றை வெடிப்புக்கு 8.6. தொலைவுடன் அதிர்வுகள் எப்படி மங்குகின்றன என்பதற்குப் பொருத்தப்பட்ட ஒரு விதி, இதை ஒவ்வொரு தொலைவிலும் அனுமதிக்கப்படும் அதிகபட்ச வெடிமருந்து அளவாக மாற்றியது. அகழ்வு வெடிப்புகள் அந்த வரம்புக்குள்ளேயே நடத்தப்பட்டன, எந்த உறிஞ்சுகுழலும் சேதமடையவில்லை.

நிலநடுக்க நிலை

குழு ஒரு பிராந்திய நிலநடுக்கத்தையும் உருவகப்படுத்தியது: ஒருபோதும் பதிவு செய்யப்படாத, 1962-ஆம் ஆண்டின் உள்ளூர் மேற்கோள் நிலநடுக்கத்துக்கு மாற்றாக, அதன் மையப்புள்ளியிலிருந்து (epicentre) ஏறக்குறைய 10 கிலோமீட்டர் தொலைவில் பதிவு செய்யப்பட்ட, 5.2 அளவுள்ள 2014 Barcelonnette நிலநடுக்கத்தைப் பயன்படுத்தியது. நிலத்துக்கு அடியில் ஆழத்தில், அதிர்வு அதன் மேற்பரப்பு மதிப்பின் ஏறக்குறைய பத்தில் ஒரு பங்காகக் குறையும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. ஒரு நிலநடுக்கம் மெதுவாக, ஏறக்குறைய 10 ஹெர்ட்ஸுக்குக் கீழே, அதிர்கிறது; எனவே இம்முறை 1 முதல் 2 மீட்டர் நீளமுள்ள உறிஞ்சுகுழல்கள் ஒத்ததிர்கின்றன. தகைவு வரம்புக்குக் கீழேயே இருந்தது: அத்தகைய நிகழ்வு அவற்றை அநேகமாக உடைக்காது.

இந்தப் பாடம் Choranche-ஐத் தாண்டிச் செல்கிறது. ஒத்ததிர்வைப் புறக்கணித்து, உச்ச முடுக்கத்தை மட்டுமே கொண்டு ஒரு தொங்கு படிவின் ஆபத்தை மதிப்பிடும் முறைகள், அபாயத்தைக் கடுமையாகக் குறைத்து மதிப்பிடக்கூடும் — உடைந்த அல்லது சேதமடையாத குகைப் படிவுகளிலிருந்து கடந்தகால நிலநடுக்கங்களை வாசிக்கும் ஆய்வுகளுக்கு இது ஒரு சார்புப் பிழை (bias). 2020-இல் Journal of Seismology-இல் வெளியிடப்பட்டு, இப்போது arXiv-இல் பதிவேற்றப்பட்டுள்ள இந்த ஆய்வு, முழுமையான குழாய் வடிவ உறிஞ்சுகுழல்களை மட்டுமே உள்ளடக்குகிறது; தடிமனான தொங்கு படிவுகள், தூண்கள், திரைச்சீலை போன்ற படிவுகள் (draperies) ஒவ்வொன்றுக்கும் அதற்கே உரிய மாதிரி தேவைப்படும்.