E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Magnetismus a těžba na asteroidech

O asteroidech se v posledních letech stále častěji uvažuje jako o zdroji nerostných surovin. K tomu, abychom mohli o těžbě na nich skutečně reálně uvažovat, je třeba mít jejich vlastnosti co nejpřesněji změřené i namodelované. Průzkumu meteoritu z ruského Čeljabinsku, k jehož nálezu také sám značnou mírou přispěl, se věnuje tým vedený RNDr. Güntherem Kletetschkou, Ph.D. z Ústavu hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky.

 

Lokalizace zbytků meteoritu byla prvním velkým vkladem našich geologů při průzkumu čeljabinského meteoritu.  G. Kletetschka vpravo. Foto: Ladislav Nábělek

 

15. února 2013 v 9.22 místního času  explodoval nedaleko Čeljabinsku na východním úpatí Uralu, ve výši asi 20 km nad městem obří meteoroid (odhadovaný průměr tělesa je okolo 15 m). Několik po sobě následujících explozí rozervalo jeho původní masu na řadu fragmentů. Největší z nich nakonec skončil na dně (v té době zamrzlého) jezera Čerbakul (viz úvodní foto). Tým vědců z naší fakulty, vedený  Güntherem Kletetschkou, jehož členem byl ještě student Ladislav Nábělek, se na místě objevil již 5. března. Jejich magnetometrická měření nakonec významně přispěla i ke správné lokalizaci zbytků meteoritu. Kousky vzácného tělesa si geologové odvezli do své albertovské laboratoře k pečlivému prozkoumání. Jejich práce se týkala především velmi podrobné analýzy magnetické struktury.

S vysláním těžebního modulu k asteroidu jsou spojeny především dva konkrétní problémy. “První je ten, že asteroidy jsou tělesa, jejichž přirozená gravitace je nesmírně slabá. Přistání na něm, případně i těžbě, by proto velmi napomohlo, kdyby bylo možné využít nikoliv gravitační, ale (elektro)magnetickou interakci,” vysvětluje Günther Kletetschka. “Druhý problém spočívá v tom, že asteroidy mají obecně velmi malou soudržnost, v podstatě jde často a jakousi “hromadu kamení”. To pochopitelně může při těžbě představovat značný problém. „Přesné poznání a namodelování magnetických vlastností asteroidů by mohlo s řešením technických obtíží, souvisejících s fyzikálními vlastnostmi tělesa,  značně napomoci,” dodává geofyzik a planetolog.

 

Červené skvrny jsou skelné struktury železa, které vznikly okamžitým zchlazením nataveného povrchu. Foto: Jolana Hrubá (vlevo), Vojtěch Žíla (TEM vpravo)

 

Prvním krokem pro správné určení magnetických vlastností bylo stanovení chemického složení. Podobně jako jiné meteority obsahoval i čeljabinský meteorit značný podíl železa a niklu, a to ve formě slitin, známých jako taenit a kamacit. “Čeljabinský meteorit měl v sobě také malý podíl kobaltu a stopové množství chromu,” specifikuje složení magneticky aktivních zrn další ze členů týmu Šimon Kdýr.  

Materiál meteoritu vykazuje také na první pohled nehomogenní strukturu. Ta je dobře patrná již ze samotného řezu, v němž jsou dobře rozpoznatelné tmavé a světlé části. “Tmavá část je z chemicky velmi podobného materiálu jako ta světlá. Při mechanických nárazech však na rozdíl od části světlé prodělala šokovou metamortfózu. V materiálu jsou také dobře patrné žilky, které mají původ v silných mechanických interakcích s dalšími asteroidy,” popisuje strukturu Günther Kletetschka.

 

Detail skelné struktury železa. Foto: Ladislav Nábělek a Günther Kletetschka (SEM)
 

 

Jelikož byl pád čeljabinského meteoritu velmi populární událostí, a to i ve vědecké obci, vypravila se za jeho průzkumem řada vědeckých týmů. Po získání materiálu se soustředili i na analýzu jeho vlastností, včetně vlastností magnetických. Jedinečnost  výzkumu albertovského týmu se však projevila zvláště v oblasti zkoumání struktury meteoritu a jeho propojení s popisem struktury jeho magnetismu.  “Další týmy se většinou snažily popsat magnetismus meteoritu jakožto celek. Naše práce se soustředila na rozpoznání detailní struktury magnetismu na mikroúrovni,” popisuje záměr týmu Ladislav Nábělek. Pro určení struktury magnetismu bylo třeba nejprve vytvořit velmi tenké geologické řezy meteoritem.

Řez byl poté studován  prostřednictvím magnetického scannovacího systému, který pro tyto účely sestrojila firma Youngwood Science and Engineering. “ „Princip spočívá v tom, že stacionární sonda měří ve vzdálenosti 0,3 mm nad pohybujícím se vzorkem jeho magnetické pole a díky tomu získáme poměrně detailní mapu magnetických anomálií,” popisuje proces měření další ze spoluautorů článku Martin Mazanec. “Měřící přístroj je schopen rozlišit magnetické anomálie až k hranici 10-3 mT,” doplňuje mladý vědec.

 

Magnetický scanner, použitý v albertovské laboratoři k analýze struktury magnetismu. Foto. Ladislav Nábělek
 

 

Detailní analýza prostřednictvím magnetického scanu prokázala souvislost mezi makroskopickou strukturou v materiálu meteoritu, chemickým složením a magnetickými vlastnostmi. “Když se materiál po mechanickém nárazu chce tříštit, má tendenci vybírat si k tomu ta místa, na nichž se vyskytují magneticky aktivní kovová zrna,” popisuje Kletetschka. Jednotlivá magnetická zrna se také svým magnetismem vzájemně ovlivňují a jistým způsobem spolu komunikují. Tato souvislost mezi mechanickými a magnetickými vlastnostmi je velmi důležitá pro strukturu celku meteoritu, kterou je možné z detailního poznání mikrostruktury namodelovat. Souvislost je o to důležitější, že právě v místech tříštění se vyskytují ony kýžené příměsi, jako je iridum či palladium.

Konečně posledním významným výtěžkem z celého výzkumu bylo stanovení magnetické koercivity materiálu, tedy stručně řečeno schopnosti látky odolávat zmagnetizování. “Tato veličina nám nakonec vlastně říká, jak velký elektromagnet bychom museli vyrobit, abychom byli schopní se k asteroidu přitáhnout či s ním aktivně  manipulovat. Z tohoto hlediska jde vlastně o inženýrskou veličinu, kterou si výrobce potenciálního těžebního zařízení dosadí do svých rovnic,” shrnuje pointu výzkumu Günther Kletetschka.

 

                                                                                                                                                        Michal Andrle

 

Ladislav Nabelek, Martin Mazanec, Simon Kdyr and Gunther Kletetschka: Magnetic, in situ, mineral characterization of Chelyabinsk meteorite thin section, Meteoritics & Planetary Science, May 2015 

 

Publikováno: Úterý 12.05.2015 11:35

Akce dokumentů

Kategorie: