Przy okazji trzęsienia ziemi - trochę fizyki dla opornych
| Nauka | 2011-03-14
Co to jest skala Richtera? Co to znaczy 9 stopni w tej skali? Dlaczego przesunęła się wyspa Honsiu i zapadło dno oceanu? Co to jest tsunami? Dlaczego ma tak niszczącą siłę? Dlaczego przesunęła się oś Ziemi? Dlaczego zmieniła się długość ziemskiej doby? Czy reaktor może wybuchnąć? Dlaczego nie należy bać się energetyki jądrowej? I inne.
Kolegów fizyków z góry przepraszam za uproszczenia, ale to ma być naprawdę dla opornych.
Skala Richtera została opracowana prze amerykańskich geofizyków Charlesa F. Richtera i Beno Gutenberga w 1935 roku. Służy do mierzenia siły (w sensie potocznym, nie fizycznym) trzęsień ziemi. Jest to skala logarytmiczna, a więc jej najniższym stopniem jest 1, a nie zero. Każdy kolejny stopień oznacza 10 razy większą magnitudę (magnituda to: logarytm największej amplitudy drgań gruntu mierzonej w mikronach, zarejestrowanych przez sejsmograf Wooda-Andersona położony w odległości stu kilometrów od epicentrum trzęsienia), a w przełożeniu na energię wstrząsów, każdy kolejny stopień ma energię około 32 razy większą niż poprzedni. Ponieważ jest to skala logarytmiczna, a nie liniowa to dwa kolejne stopnie nie mają 32 + 32, tylko około 32 x 32, czyli 1000 razy więcej niż pierwszy. W efekcie stopień 9 ma ok. 1 bilion (109) razy większą energię niż pierwszy (ściślej1,1, bo stopień 1,0 ma zero). Piszę ok. 32 razy, ale ściśle jest to zdefiniowane jako pierwiastek z liczby 1000. Przykładowo, stopień 2 ma energię 2,5 x 107 J (dżuli), zaś stopień 8,9 to 8,8 x 1017 J (czyli 88.000.000.000.000.000 J, czyli 88 trylionów dżuli).
Uff! Czytelniku, wybacz, dalej będzie łatwiej.
Wyspa Honsiu przesunęła się o ok. 2,5 metra, bo nastąpił ruch płyt kontynentalnych, których uwolnione naprężenie spowodowało trzęsienie ziemi. W czasie wielkiego trzęsienia ziemi koło Sumatry i wielkiej fali tsunami kilka lat temu, Sumatra przesunęła się o 3 metry. Z tego samego powodu obniżyło się na pewnej przestrzeni dno oceanu i właśnie to lokalne gwałtowne obniżenie dna o ok. 60 metrów wywołało falę tsunami.
Zmiana położenia osi Ziemi o ok. 10-15 cm, to już czysta mechanika ruchu obrotowego. Oś Ziemi musi być ustawiona tak, aby masa planety po każdej jej stronie była jednakowa (symetryczna). Skoro przesunęły się płyty, to i przesunęła się oś symetrii masy i w konsekwencji także oś obrotu. Nie ma w tym nic niezwykłego.
Jest to też przyczyna skrócenia dnia, o ok. 1,6 mikrosekundy, i o tyle samo wydłużenia nocy. Jest tak dlatego, że oś ziemska jest inaczej nachylona wobec słońca. To tak, jakby wiosna opóźniła się o 1,6 mikrosekundy. W skali całego roku proporcje między sumą czasu dni i nocy nie zmieniają się, tylko wiosna, lato, jesień i zima zaczynają się o tę 1,6 mikrosekundy później, niż dotąd. Z czystej geometrii wynika, że dzień na półkuli południowej musiał wydłużyć się o tyle samo, o ile skrócił się na północnej.
Teoretycznie możliwa jest nawet zmiana długości doby. Wynika to z zasady zachowania momentu pędu. Gdy dno oceanu się zapada, to średnia odległość mas planety od środka maleje, więc prędkość obrotu musi wzrosnąć, czyli okres obrotu zmaleć. Ot i wsio, jak mawiali starożytni Rosjanie. W historii ziemi długość doby zmieniała się. Gdy na ziemi powstawało życie, doba miała 18 godzin.
Z informacji agencyjnych nie wiem do końca, co się naprawdę skróciło o te 1,6 mikrosekundy, dzień, czy doba, bo te informacje są mocno niekompetentne i mylą pojęcia. Tak czy owak, nie ma to żadnego znaczenia dla życia na ziemi i jest zjawiskiem naturalnym.
Fala tsunami (po japońsku „pchnięcie morza") ma zupełnie inną naturę, niż fale na powierzchni morza, wywołane działaniem wiatru. Bardziej przypomina falę wywołaną wybuchem bomby głębinowej, ale w przeciwieństwie do niej, jej amplituda nie maleje z kwadratem odległości. A dzieje się tak dlatego, że ocean działa jak falowód. Nam się wydaje strasznie głęboki, ale jeśli spojrzymy na proporcje jego szerokości i głębokości, to jest on jeszcze cieńszy w proporcjach, niż kartka papieru. Jest on dla tak wielkiej fali niczym wąziutka szczelina, w której fala nie ma gdzie się rozproszyć i stąd jej energia maleje bardzo powoli.
Tsunami na otwartym oceanie porusza się z prędkością dźwięku w wodzie, czyli 800-900 kilometrów na godzinę. Dokładna prędkość zależy od zasolenia i temperatury wody. Przy brzegu unoszące się dno morza spowalnia czoło fali do 30-50 km/godz. (i tak za szybko, by uciec) a kolejne masy wody napływające z kolosalną prędkością wywołują spiętrzenie fali do ogromnej wysokości. Na otwartym oceanie fala jest długa i niewysoka. Można jej nawet nie zauważyć. Siła niszcząca tsunami wynika nie tylko z masy niesionej wody (metr sześcienny wody waży tonę), ale głównie z tego, że ta woda niesie masę przedmiotów (belek, samochodów, domów), które uderzają w kolejne obiekty, jak pociski. Ale i samego ciśnienia pędzącej wody nie można lekceważyć. Może ono lokalnie wynosić nawet 10-20 atmosfer, a to już powoduje siły potężne.
Reaktor jądrowy nie może wybuchnąć, bo nie jest bombą. Ma zupełnie inną budowę. To, co ludzie i media nazywają „wybuchem reaktora", jest w rzeczywistości albo jego pożarem, albo wybuchem czegoś innego w budynku reaktora (pary, wodoru, oleju napędowego itp.). Aby nastąpił wybuch jądrowy, potrzebne jest zgniecenie materiału rozszepialnego tak, by przekroczył masę krytyczną. Samo zbliżenie się do siebie rdzeni nie wystarczy. Rdzeń reaktora może się stopić i spłynąć do komory pod reaktorem (w końcu jest to wówczas płynny metal), gdzie rozleje się szeroko i ostygnie, bo intensywność reakcji zależy od odległości od siebie mas uranu (czy innego pierwiastka rozszczepialnego). Gdy materiał stopionego rdzenia rozlewa się szeroko, intensywność reakcji maleje. Jeszcze nigdy nie było wybuchu reaktora, a są ich na świecie grube setki, pewnie ponad tysiąc (bo przecież nie tylko w elektrowniach, są doświadczalne jak w podwarszawskim Świerku, są na atomowych łodziach podwodnych i okrętach, np. lotniskowcach, są reaktory powielające służące tylko do produkcji plutonu na bomby atomowe). Sama Japonia ma 54 elektrownie jądrowe, w każdej po kilka reaktorów. W sumie ma ich ponad 200.
Świat pamięta katastrofę w Czarnobylu na Ukrainie. Jak dotąd była to jedyna rzeczywista katastrofa reaktora. To nie był wybuch, tylko pożar. Do atmosfery wydostały się duże ilości materiału promieniotwórczego z dymem pożaru. Po latach wiemy, że skutki tej katastrofy były znacznie mniejsze, niż sądzono. Wbrew „ekologicznej" histerii, zginęło naprawdę 28 osób i nikt więcej. Nieprawda, że zginęły tysiące, jak twierdzi Greenpeace. Tą są informacje wzięte z sufitu, nie wynikające z żadnych badań. Nie wzrosła też liczba nowotworów na Ukrainie i Białorusi. Nie odbiega ona od normy światowej. Skażenie terenu, poza obszarem najbliższym reaktora, jest niewielkie. Tysiące razy jest większe w rejonie Semipałatyńska (dziś Kazachstan), gdzie ZSSR odpalił ponad 500 bomb atomowych w ramach „testów". Tam rzeczywiście jest problem, ale tam nikt nie ustanowił żadnej „zony".
Energetyka jądrowa jest najczystszą i najbezpieczniejszą. Nie ma żadnych spalin. Odpady radioaktywne chowane są w ziemi, z której wcześniej wydobyliśmy rudę uranową, promieniującą znacznie silniej, niż te odpady. Wyjmujemy z ziemi coś, co promieniuje bardziej, a chowamy z powrotem coś, co promieniuje mniej. Aby twierdzić, że to jest szkodliwe dla środowiska, trzeba być durniem, nieukiem lub „ekologiem" (co chwilami na jedno wychodzi). Większość dzisiejszych zabobonów ekologicznych to zwykłe nieuctwo na kompromitującym poziomie. Nie ma żadnego realnego powodu, by bać się energetyki jądrowej. Przez wszystkie lata jej istnienia do środowiska wydostało się znacznie mniej promieniowania jonizującego, niż codziennie dostajemy w sposób naturalny od słońca. Zwykła elektrownia węglowa dostarcza do atmosfery znacznie więcej pierwiastków promieniotwórczych niż jądrowa (choćby dwutlenek węgla zawierający izotop C14).
Krzysztof Łoziński
PS. Bardzo szkodliwym i nieetycznym działaniem jest dawanie takich tytułów jak w dzisiejszej Gazecie Wyborczej: ALARM NUKLEARNY wielkimi literami na czarnym tle na pierwszej stronie. Jest to zupełnie niepotrzebne straszenie ludzi, w kraju, gdzie wykształcenie w naukach przyrodniczych większości można określić rosyjskim zwrotem technologiczeskij kretinizm. Ci ludzie nic nie rozumieją i tylko się boją, choć naprawdę nie ma czego.
PS. Bardzo szkodliwym i nieetycznym działaniem jest dawanie takich tytułów jak w dzisiejszej Gazecie Wyborczej: ALARM NUKLEARNY wielkimi literami na czarnym tle na pierwszej stronie. Jest to zupełnie niepotrzebne straszenie ludzi, w kraju, gdzie wykształcenie w naukach przyrodniczych większości można określić rosyjskim zwrotem technologiczeskij kretinizm. Ci ludzie nic nie rozumieją i tylko się boją, choć naprawdę nie ma czego.
Komentarze
autor | 2011-03-15 08:13
Wbrew histerii w mediach i zalewie bzdur, które się wygaduje, wydarzenia wokół elektrowni jądrowych w Japonii świadczą o czymś wręcz oodwrotnym, niż histeria głosi. Zostaly przez trzęsienie ziemi o niespotykanej sile zniszczone budynki i instalacje 3 reaktorów. No i co? Nie ma ani wybuchu jądrowego, ani poważnego skażenia. Bo to to skażenie, które jest, powoduje mniejsze napromieniowanie człowieka, niż przy rendgenie zemba. Jeżeli skutki tak potężnego kataklizmu są w energetyce jądrowej tak małe, to jest to njalepszy dowód, że ta energetyka jest bardzo bezpieczna. Niemal nikt nie mówi, że w tym samym czasie, w tym samym kraju od wstrząsów pękła tama elektrowni wodnej (rzekomo bezpiecznej) i woda zabiła prawdopodobnie kilka tysięcy ludzi poniżej tamy (dokładnego bilansu ofiar jeszcze nie ma, ale jedno miasteczko praktycznie przestało istnieć)