Geofyzikální ústav Akademie věd ČR, v.v.i.

Navigace:

Analogové modelování

Analogové modelování

Analogové modelování nám umožňuje studovat různé geologické procesy v laboratoři. Zatímco v přírodě je ke vzniku různých struktur, například vrás kilometrových měřítek, potřeba deformace miliónů let, v laboratorním experimentu nám stačí jen několik hodin. K modelování používáme dostupné materiály – sádra, písek, vosk, kaolínový jíl a snažíme se, aby byly naše experiment správně škálované – fyzikální vlastnosti v přírodě a experimentu by měly mít předem daný poměr (rozměr, čas, viskozita apod.). V sérii pokusů tak můžeme studovat vývoj tvaru deformovaných těles hornin nebo vnitřní strukturu magmatických těles. Řada důležitých prací v geologických vědách by nikdy nebyla prezentována, pokud by její autoři nikdy nezkusili vývoj geologických stuktur nabodobit v laboratorním experimentu (Cloos, 1955). V naší laboratoři analogového modelování se soustředíme na metodu prostorového sledování vnitřního toku viskózních materiálů metodou anizotropie magnetické susceptibility.

Podívejte se na příklady jednoduchých analogových pokusů ukazující zajímavé geologické fenomény:

1) Vznik sopečné kaldery: kaldera vzniká propadem části sopky do vyprázdněného magmatického krbu po fázi sopečných erupcí. V rámci předváděného pokusu mají pozorovatelé možnost sledovat obdobný proces v podobě propadu vrstvy mouky do dutiny.

2) Deformace horninTento pokus připomíná vývoj vrás a násunů v sedimentárních sledech hornin, které jsou jednostraně stlačovány tektonickými silami.

3) Freatomagmatický vulkánFreatomagmatické vulkány vznikají v oblastech aktivního kontinentálního vulkanismu v místech, kde se vystupující magma setkává s podzemní vodou. Interakce žhavého magmatu a vody způsobuje silné exploze, které mají dostatečnou energii k rozvolnění horninového prostředí v blízkosti explozí.

4) Písečný vulkán: Pokus ukazuje vznik pískového vulkánu. Do akvária naplněného pískem a vodou je ze spodu přiváděna voda, která způsobuje ztekucení a zvodnění písku a pod málo propustnou vrstvou v jemném písku způsobuje přetlak.

 

Připravili jsme i návod, jak si můžete vlastní jednoduché pokusy ukazující různé geologické procesy připravit sami. Brožura je volně ke stažení ZDE.

 

Aparatury pro analogové modelování, se kterými pracujeme:

1) Aparatura na průnik magmat zemskou kůrou: Tato aparatura se skládá ze dvou vpředu otevřených kvádrových nádob, které jsou vzájemně spojeny plátem elastické pevné gumy. Pomocí tohoto zařízení můžeme studovat styl deformace hornin kůry v tektonických zónách, kde dochází k jedoduchému nebo šikmému roztahování/stlačování hornin. Nádoby jsou poháněny systémem krokového motoru a ocelových lan, jejichž nastavením řídíme směr pohybu nádob. Unikátním řešením je i systém vtlačování analogového magmatu (suspenze sádry nebo vosk), který je připojen k aparatuře v její spodní části. Tento systém umožňuje vtlačování vosku během deformace písku v pohybujících se nádobách. V současné době se na této aparatuře zabýváme modelováním: 1) vývoje tvaru a vnitřních staveb magmatických plutonů (podpovrchových magmatických těles), 2) vývoj tvaru bazaltových žilných rojů v aktivních riftech a s tím spojené prostorového uspořádání vulkanických jícnů na povrchu.

2) Otřesový stůl: zvodnění a ztekucení hornin v říčních deltách.

3) Horotvorná deformace s voskem: Tento přístroj nám umožňuje zkoumat vývoj vrás a vertikální výstup hornin spodní kůry během horotvorného vrásnění. Pohyblivá deska mezi dvěma skleněnými tabulemi je tažena závažím proti pevné zarážce. Toto uspořádání představuje kolizi dvou kontinentálních bloků s odlišnou vertikální strukturou pevnosti. Obě části – pohyblivou desku i pevnou zarážku je možno zahřívat na předem určenou teplotu, během experimentu tak dochází k částečnému tavení analogového materiálu (vosku) podobně jako v přírodě. Cílem probíhajícího projektu je pochopit vývoj deformace a vnitřního toku v zemské kůře během kolize dvou kontinentů s odlišnou vertikální strukturou pevnosti (tloušťka a teplota svrchní, střední a spodní kůry) vlivem odlišné rychlosti kolize a tvaru a výšce tvrdého kontinentálního bloku.

4) Hydraulický lis – výstup magmat s vysokou viskozitou: Hydraulický lis dokáže vytlačit analogové magma (suspenze sádry nebo vosku) do nádoby se zvrstveným materiálem, který představuje horniny svrchní kůry. Toto modelování umožňuje studovat sledovat vývoj výlevných těles během experimentu a po jejich utuhnutí i jejich vnitřní stavbu. To je užitečné pro pochopení dynamiky růstu přírodních vulkanických těles (lávových dómů) nebo podpovrchových vulkanických intruzí. .

Výzkumný týmZuzana Roxerová, Prokop ZávadaMatěj MachekPetr Brož a Vladimír Kusbach.

Reference:

* Cloos, E., (1955). Experimental analysis of fracture patterns, Geol. Soc. Am. Bull., 66, 241-256.