natuurrampen

Seismisch metamateriaal maakt stuwdam onzichtbaar voor aardbeving

1 reactie / Ideeën, Ideeën en techniek / Door / 13 februari 2012

Metamaterialen die seismische golven absorberen in plaats van ze af te leiden, zijn een betere keus om sommige gebouwen te beschermen tegen aardbevingen, aldus civiel ingenieurs

Vermomming voor aardbevingen
Onzichtbaarheidstechnieken voor zowel elektromagnetische straling als geluid hebben een enorme invloed op de moderne wetenschap en techniek. De mogelijkheid dingen te verbergen, opent enorme mogelijkheden, zowel in de praktijk als voor conceptontwikkeling.

Een van de interessantere opties is gebouwen beschermen tegen seismische golven. Ook dit zijn golven in de natuurkundige zin, ze worden met ruwweg dezelfde vergelijkingen beschreven als overige golven. Om precies te zijn: er zijn transversale golven, die lijken op de golven op het wateroppervlak en longitudinale p-drukgolven, die lijken op geluidsgolven. Je zou hier dus vergelijkbare technieken op los kunnen laten als op andere golven, zodat de seismische golven worden afgebogen.  Dit is ook gedaan door verschillende groepen. Aardbevings-oppervlaktegolven hebben een frequentie van enkele tientallen Hz (trillingen per seconde).

Aardbevingen laten uitdoven
In een nieuwe publicatie  hebben Sang-Hoon Kim van de Mokpo National Maritime University in Zuid-Korea en Mukunda Das van de Australian National University in Canberra een ander idee geopperd. Seismische onzichtbaarheidsmantels absorberen namelijk de aardbevingsgolven niet, maar leiden ze om, zodat andere gebouwen alsnog de volle laag krijgen.

Hun idee is minder egoïstisch: de energie in seismische golven laten verdwijnen door ze in evanescerende golven om te zetten. Dit zijn golven die exponentieel uitdoven met de afstand (evanescerend betekent: verdwijnend). Volgens hun berekeningen wordt dit effect bereikt met betonnen cilinders van 18 meter in diameter, waarin vier gaten onder een rechte hoek ten opzichte van elkaar zijn aangebracht, zie tekeningen. Deze cilinders moeten wellicht in afmeting variëren om zo verschillende typen seismische golven uit te schakelen. Zeker is dat ze de fundamenten van een gebouw in cylindrische ringen moeten omgeven met een dikte van ongeveer zestig meter.

Weliswaar is dit niet erg moeilijk te verwezenlijken, maar dit vormt toch een enorme structuur die alleen rond geïsoleerde gebouwen kan worden aangebracht. Het uitdovende effect heeft dan weinig zin.  Deze constructie is volgens de auteurs nuttig voor gebouwen waarvan je absoluut zeker wilt zijn dat ze niet worden beschadigd door een aardbeving. Denk aan kernreactors, elektriciteitscentrales, dammen, olieraffinaderijen en dergelijke.

Er is nog één zwak punt aan het idee. Waar blijft de enorme hoeveelheid seismische energie die door het metamateriaal wordt geabsorbeerd? Mogelijk laat deze het metamateriaal verkruimelen. Kortom: dit idee is zeer veelbelovend, maar moet nog verder uitgewerkt worden.

Bronnen
Sang-Hoon Kim en Mukunda Das, Seismic Waveguide of Metamateriala, ArXiv (2012)

Venus heeft misschien ooit ook oceanen gehad. Deze zijn dan verdampt, en de waterdamp is vervolgens afgebroken door UV straling van de Zon.

Het Venus syndroom op Aarde?

19 reacties / Wetenschap / Door / 11 januari 2012

Het door mensen veroorzaakte broeikaseffect is een kleine stijging van de temperatuur als gevolg van extra CO2 in de atmosfeer. Dit kan problemen geven, maar pas echt gevaarlijk is klimaatverandering die zichzelf versterkt door middel van positieve feedback. Bijvoorbeeld, als het warmer wordt verdampt er meer water uit de oceanen. Meer waterdamp in de atmosfeer betekent een sterker broeikaseffect: water kan effectief de infrarode straling absorberen die de Aarde uitzendt. Deze vastgehouden warmte leidt vervolgens weer tot een hogere temperatuur en dus meer verdamping, etc.

Positieve feedback kan desastreuze gevolgen hebben, maar alleen als er geen sterkere, negatieve feedbacks aanwezig zijn die het effect tenietdoen. Zo’n negatieve feedback is er: als de temperatuur stijgt, gaat de Aarde veel meer infrarode straling uitstralen wat de Aarde weer afkoelt. Slechts een deel van deze straling wordt door waterdamp geabsorbeerd.
Een runaway broeikaseffect ontstaat pas wanneer er zoveel waterdamp in de atmosfeer is dat de positieve feedback sterker wordt dan de negatieve feedback. Hierbij zouden de oceanen droog koken en de temperatuur oplopen tot 1100 graden (bij deze temperatuur zendt de Aarde infrarode straling uit met een wat kortere golflengte, waar waterdamp transparanter is). Een runaway broeikaseffect is nu gelukkig niet aan de orde op onze planeet. Op Venus wel; met haar 460 graden is deze planeet een niet te missen waarschuwing voor de Aarde.

Venus heeft misschien ooit ook oceanen gehad. Deze zijn dan verdampt, en de waterdamp is vervolgens afgebroken door UV straling van de Zon.
Venus heeft misschien ooit ook oceanen gehad. Deze zijn dan verdampt, en de waterdamp is vervolgens afgebroken door UV straling van de Zon.

Invloed van de mens

Kunnen we door veel CO2 toe te voegen aan de atmosfeer de Aarde zoveel opwarmen dat er wel een runaway broeikas ontstaat? Nee, waarschijnlijk kan dit niet. De reden is dat met zo’n hoge temperatuur en zoveel waterdamp in de atmosfeer, de Aarde meer warmte uitstraalt dan het ontvangt van de Zon. Deze situatie kan niet bereikt worden; de Aarde zou al eerder afkoelen. Niettemin zou de nieuwe evenwichtstemperatuur een stuk hoger liggen dan nu (het gewone broeikaseffect) en allerlei problemen geven, maar het zou nog niet geheel uit de hand lopen.

Althans… er zijn nog enkele onzekere factoren. Als het albedo van de Aarde afneemt, dat wil zeggen dat de Aarde minder zonlicht reflecteert, ontvangt ze meer zonlicht. Als het albedo zou halveren zou er genoeg extra zonlicht ontvangen worden om alle uitgaande straling te compenseren en dus een runaway broeikaseffect mogelijk te maken. Het albedo halveren is echter niet eenvoudig, hiervoor moeten onder andere alle lage wolken verdwijnen. Onze kennis van zulke atmosferen is nog te onzeker om deze mogelijkheid uit sluiten.

Ook al gaan we een runaway broeikas voorlopig ontlopen, een gewoon broeikaseffect is al reden genoeg om zuinig te zijn op onze planeet.
Ook al gaan we een runaway broeikas voorlopig ontlopen, een gewoon broeikaseffect is al reden genoeg om zuinig te zijn op onze planeet.

Het verleden

In het verleden zijn er perioden geweest dat we veel meer CO2 in de atmosfeer hadden dan nu, bijvoorbeeld het Krijt (145-65 miljoen jaar geleden), toen er veel vulkanisme was. Toen was het ook zo’n 10 graden warmer dan nu. Kennelijk was zelfs dat niet voldoende om een onomkeerbaar runaway broeikaseffect in gang te zetten, wat geruststellend is.

De toekomst

Naar verwachting zal de Aarde over 2 miljard jaar wel een runaway broeikaseffect krijgen wegens de toenemende helderheid van de Zon, wat komt door de veranderende chemische samenstelling van het binnenste van de Zon. Dit is niet iets om ons druk over te maken; tegen die tijd bestaat de mensheid al lang niet meer in een voor ons herkenbare gedaante.

Oplossingen

Mocht de temperatuur toch uit de hand lopen, dan moeten we zelf ingrijpen. Een effectieve methode om te temperatuur te beperken is het plaatsen van spiegels in de ruimte tussen de Zon en de Aarde, in het eerste Lagrangepunt, zodat de spiegels precies tussen de Aarde en de Zon blijven. Hiermee daalt de hoeveelheid zonlicht de we ontvangen en kunnen we de temperatuur op Aarde controleren.

Een ambitieuzere strategie is om de Aarde in een wijdere baan on de Zon te brengen. Dit klinkt als onhaalbaar gezien de hoge massa van de Aarde. Niettemin, als we een asteroïde in een baan brengen die zowel de Aarde als Jupiter dichtbij passeert, kan dit de Aarde telkens wat versnellen en Jupiter wat afremmen, waarmee de Aarde geleidelijk verder van de Zon af gaat staan. Dit is precies de methode die wordt gebruikt om interplanetaire ruimtesondes te versnellen, de zwaartekrachtsslinger, alleen is het effect op de Aarde bij sondes verwaarloosbaar door hun lage massa.

Bronnen:
Goldblatt & Watson (2012)
Kasting (1988)

De uitbarsting van de Vesuvius in 1768, geschilderd door Francesco Fidanza.

Vulkanische tijdbommen in Europa

4 reacties / Europa, Wetenschap / Door / 26 mei 2011

Nu het weer rommelt in IJsland, dreigt opnieuw de komst van een aswolk die het vliegverkeer net als vorig jaar stil zal leggen.afgezien van die aswolken ligt IJsland op veilige afstand van Europa. Enkele slapende vulkanen liggen dat echter niet.  Europa, zelfs Nederland, is minder veilig dan het lijkt. Een overzicht.

Eiffelvulkaan
De Vulkaaneifel is gevormd door een hot spot die zich al tientallen miljoenen jaren lang, elke tien- tot twintigduizend jaar door de Europese aardschol naar boven wurmt. De laatste keer dat er een uitbarsting in het gebied plaatsvond was meer dan tienduizend jaar geleden. De Laacher See is hier een overblijfsel van. Het is geen kwestie of, maar wanneer er weer een nieuwe uitbarsting in het Eifelgebied zal plaatsvinden. Verwacht dan aswolken over heel Noord-West Europa en duizenden doden in het Ruhrgebied, want de Eifelvulkaan wordt tot de supervulkanen gerekend. De kans is een paar procent dat er tijdens ons leven een uitbarsting plaats zal vinden.

Etna

De Etna is een van de actiefste vulkanen ter wereld. De uitbarstingen zijn spectaculair.
De Etna is een van de actiefste vulkanen ter wereld. De uitbarstingen zijn spectaculair.

De Etna is op de Elbroes (in Georgië, op de Kaukasus) na de grootste vulkaan van Europa en bevindt zich aan de oostkant van Sicilië. Het onderste deel is een schildvulkaan (waaruit de lava gemakkelijk kan ontsnappen, dus weinig explosief), de top een explosieve stratovulkaan.  De Etna is een zeer actieve vulkaan die geregeld uitbarst.

De grootste uitbarsting van de laatste honderd jaar was in 2001, dus de druk lijkt nu weer even van de ketel. In 1669 bereikte de lava de stad Catania en vielen er in totaal 25.000 doden.

Katla en Laki
De Katla is de grootste en actiefste vulkaan van IJsland. Eerder in de geschiedenis was een uitbarsting van de Eyjafjällajökull, zoals in 2010 plaatsvond, vaak een voorbode van een uitbarsting van de Katla. Uitbarstingen vinden ongeveer elke tachtig jaar plaats, meestal in de herfst. De laatste uitbarsting dateert van 1918, dus de Katla is over tijd. De vernietigende uitbarsting van de Laki, een andere IJslandse vulkaan, in 1783 veroorzaakte op IJsland en in een groot deel van Europa (zelfs tot in Egypte) een hongersnood.  Bijna de helft van de IJslandse bevolking kwam toen om.

Stromboli
Het Italiaanse vulkanische eilandje Stromboli ligt in de Tyrrheense Zee iets ten noorden van Sicilië. Op de vulkaan wonen enkele honderden mensen. De vulkaan is de laatste twintigduizend jaar permanent actief waardoor er zich geen druk ophoopt. De kans op zware, explosieve uitbarstingen is daarom weliswaar klein, maar niet uitgesloten

El Teide
El Teide is de grootste vulkaan van de Canarische Eilanden en de hoogste berg van Spanje. Ook dit is een explosieve stratovulkaan. De vulkaan barst ongeveer elke honderd jaar uit. De laatste eruptie dateert van 1909. Barst El Teide uit, dan zullen zeer snelle pyroclastische stromen de bewoners van de kust verschroeien en verstikken.

Vesuvius

De uitbarsting van de Vesuvius in 1768, geschilderd door Francesco Fidanza.
De uitbarsting van de Vesuvius in 1768, geschilderd door Francesco Fidanza.

Letterlijk een klassieker, al levendig beschreven door de Romeinse schrijver Plinius de Jongere. Zijn oom, Plinius de Oudere, kwam om bij de vernietigende uitbarsting van 79 na Christus die hijzelf ternauwernood overleefde. Waar in de Romeinse tijd alleen enkele kleine stadjes in de nabijheid van deze actieve stratovulkaan lagen, wonen nu in Groot-Napels alleen al drie miljoen mensen. Uitbarstingen vinden elke halve eeuw plaats.

De laatste uitbarsting dateert van 1944, bijna zeventig jaar geleden. Hierbij werd de kraterpijp afgesloten, waardoor nu de druk enorm oploopt. Vulkanologen achten daarom de kans groot dat de vulkaan tussen nu en 2050 vernietigend uitbarst. De gevolgen: lavastromen en verstikkend hete pyroclastische aswolken die met 200 km/uur op de Baai van Napels af komen rollen. Kortom: Napels zien en sterven.

Deze kubus van ongeveer anderhalve meter groot herbergt een complete disaster unit.

Kubus wordt opblaashuis

1 reactie / Ideeën en techniek, Wereld / Door / 15 april 2011
Deze kubus van ongeveer anderhalve meter groot herbergt een complete disaster unit.
Deze kubus van ongeveer anderhalve meter groot herbergt een complete disaster unit.

Wil je je huis mee kunnen nemen zonder geknoei met stokken, terwijl je toch van alle elementaire gemakken bent voorzien? Een oplossing klaar hebben staan op het moment dat een aardbeving, verwoestende oorlog of tsunami je huis heeft weggevaagd? Dan is de LifeCube misschien wat je zoekt.

De LifeCube, in opgevouwen toestand een kubus met ribben van anderhalve meter breed, is ideaal voor de echte comfortzoeker. In de kubus zit naast het opblaasbare huis, twee luchtbedden, een gasfornuis, voedsel, water en zelfs een toilet. De bedenkers uit het door aardbevingen geteisterde Californië proberen nu hun huis aan hulporganisaties en survivalists die op alles voorbereid willen zijn, te slijten.

Ons lijkt hij ook ideaal voor luie kampeerders, festivalbezoekers of studenten die geen kamer kunnen krijgen in de zomer. De LifeCube in de meest luxe uitvoering verwisselt van eigenaar voor ongeveer tienduizend Amerikaanse dollars. Zo, laat nu 2012 (of een andere onheilsprofetie) maar komen…

Bron: LifeCubeinc.com

Reddingswerkers in Colombia proberen op tijd bij slachtoffers van een modderlawine te zijn.

Reddingspolsband voorkomt vermiste slachtoffers

Laat een reactie achter / Ideeën en techniek, Maatschappij / Door / 15 maart 2011

Bij iedere natuurramp, zoals de aardbeving met tsunami in Japan, is het altijd een hels karwei om vermiste personen terug te vinden. Als iedere burger een polsband met een radiozendertje draagt, kan je in het geval van een ramp mensen altijd terugvinden. Om de privacy te waarborgen, moet de radiozender alleen aan worden geschakeld als de drager bijvoorbeeld op een knop drukt of in noodgevallen.

De “gouden uren”
Hulpverleners weten dat het van enorm groot belang is dat slachtoffers snel, de eerste paar uur na de ramp gered worden en medische verzorging krijgen. Het is letterlijk van levensbelang dat slachtoffers snel na het optreden van de ramp worden gelokaliseerd. Vlak na bijvoorbeeld een aardbeving of modderlawine is de omgeving onherkenbaar. Slachtoffers kunnen overal onder liggen. Er zijn ontelbaar veel plaatsen waar de slachtoffers zich kunnen bevinden. Klop- en stemgeluiden kunnen alleen op korte afstand worden gehoord. Ook zijn sommige slachtoffers mogelijk buiten bewustzijn.

Reddingswerkers in Colombia proberen op tijd bij slachtoffers van een modderlawine te zijn.
Reddingswerkers in Colombia proberen op tijd bij slachtoffers van een modderlawine te zijn.

Op dit moment moeten hulpverleners het gehele terrein afgraven om er achter te komen waar zich slachtoffers bevinden. Hiermee gaat kostbare tijd verloren.Veel mensen zijn daarom al dood op het moment dat reddingswerkers ze vinden.
Eigenlijk wil je dus een middel om slachtoffers snel te kunnen lokaliseren als er een ramp optreedt. Je wilt kunnen vaststellen welke slachtoffers nog in leven zijn en welke niet, zodat de reddingsinspanningen zich op de eerste groep kunnen concentreren.

Het idee: de elektronische hartslagmeter
Stel dat de meeste mensen een polsbandje zouden dragen met hierin een stethoscoop en een zender die radiogolven  uitzendt met een golflengte  die door metersdikke lagen modder, water en gesteente heen kan dringen en toch niet zo groot is dat locatie van het slachtoffer lastig is (ELF is dus volkomen onbruikbaar, want dan praat je over golflengtes van vele duizenden kilometers) . Tweehonderd tot duizend kilohertz is wellicht een optie – wanneer gecombineerd met triangulatie en sterkteverschillen. De stethoscoop geeft de hartslag door aan de zender. Van dode slachtoffers houdt het hart op te kloppen, dus de zender geeft hier door dat er geen hartslag meer is.

Privacybezwaren
De ervaring leert dat als de overheid eenmaal over bepaalde mogelijkheden beschikt, ze hier vroeg of laat misbruik van gaat maken. De Nederlandse overheid heeft – denk aan de ervaringen van Willem Oltmans en klokkenluiders als Fred Spijkers – wat dit betreft een betreurenswaardige staat van dienst. De Europese overheid is wat dat betreft nog een stap erger. Een systeem waarmee is vast te stellen waar iedere burger zich op elk moment bevindt, is uiteraard iets waar deze overheden erg blij mee zou zijn. Het zou het equivalent zijn van elektronisch huisarrest – voor iedere burger.

Het systeem moet dus zo worden opgezet dat er geen persoonlijke gegevens van burgers zijn af te leiden uit het systeem. De zender moet dus alleen doorgeven dat er een persoon onder het puin ligt en of deze dood of levend is, niet om welke persoon het gaat. Daarom moeten de polsbandjes het liefst door middel van een publiek-domein ontwerp in elkaar gezet worden door elke fabrikanten in binnen- of buitenland die het maar wil en gewoon in de winkel te koop zijn; desnoods door elektronica-hobbyisten in elkaar te zetten zijn. Uit biometrische gegevens is af te leiden om wie het gaat – een ECG is even individueel als een vingerafdruk – dus moet de hartslagmeter alleen als een soort morseteken de hartpulsen doorgeven.

Grote aardbevingen zoals hier in Niigata (1964) laten weinig heel van gebouwen. Een early-warning systeem kan veel levens redden.

Early-warning methode aardbevingen gevonden

Laat een reactie achter / Wereld, Wetenschap / Door / 18 februari 2011

Tot nu toe sloegen aardbevingen toe zonder dat wetenschappers ze konden voorspellen. Nu, voor het eerst, is er een methode ontwikkeld om aardbevingen kort voor ze optreden te voorspellen.

Aardschokken worden doorgaans veroorzaakt door aardplaten die langs elkaar bewegen, een enkele maal door vulkanisme, gaswinning of (extreem zelden) asteroïdeinslag of zeer zware kernexplosies. Continentale platen bewegen met enkele centimeters per jaar.

Grote aardbevingen zoals hier in Niigata (1964) laten weinig heel van gebouwen. Een early-warning systeem kan veel levens redden.
Grote aardbevingen zoals hier in Niigata (1964) laten weinig heel van gebouwen. Een early-warning systeem kan veel levens redden.

Soms glijden de platen redelijk wrijvingsloos langs elkaar, maar niet altijd. In de loop van jaren bouwt de spanning in de aardkorst zich dan op, waarna die in één klap vrijkomt tijdens de aardbeving. Zo werd de vernietigende tsoenami die de Sumatraanse westkust en andere kustgebieden aan de Indische Oceaan teisterde, veroorzaakt door een abrupte verschuiving, tientallen meters, van twee aardplaten.  In theorie was al bekend dat de aardkorst instabiel is vlak voor een aardschok maar in de praktijk bleek het erg lastig te zijn om symptomen van die instabiliteit aan te tonen.

Door het analyseren van de seismografische gegevens vlak voor de aardschok rond Izmit, Turkije van 1999, zijn onderzoekers van de Franse universiteit van Grenoble en Turkse collega’s er in geslaagd enkele voorschokken te ontdekken. In de twintig minuten voor de aardschok plaatsvond, vonden de onderzoekers vijf voorschokken met een karakteristieke structuur: een P-golf (drukgolf), 2,4 seconden later gevolgd door een S-golf (op en neer bewegende golf). De sterkste van de schokken werd ook op andere stations dan Izmit geregistreerd. P-golven reizen sneller dan S-golven, waruit onderzoekers de exacte plaats konden berekenen. Dit bleek enkele honderden meters van Izmit te zijn. Daaruit leidden de onderzoekers af dat de golven van een en dezelfde plaats afkomstig waren en dus inderdaad een voorspellende waarde hadden.

De zware aardbeving van Izmit (12.000 doden) had een kracht van 7,6 op de schaal van Richter. De lichtere aardbeving in het Californische Parkfield  in 2004 scoorde “slechts” 6,0 op deze schaal en, zo wees onderzoek uit, vertoonde geen voorafgaande golven. Onderzoeker Bouchon denkt daarom dat deze golven alleen bij zeer zware aardbevingen optreden. Een half uur is onvoldoende om mensen te evacueren, alhoewel mensen gebouwen uit kunnen vluchten (wat veel slachtoffers zou schelen).

Eerder is al ontdekt dat vlak voor het optreden van grote aardbevingen de intensiteit van ULF radiostraling sterk toeneemt. Waarschijnlijk zijn er nog meer natuurlijke of wellicht bovennatuurlijke fenomenen waarmee we kunnen ontdekken of er een aardbeving aan dreigt te komen. Het is namelijk bekend dat dieren als olifanten vaak een goed heenkomen zoeken vlak voor een aardbeving plaatsvindt.

Bron: New Scientist