3. Sekce věd o Zemi
- Elektrické napětí indukované na ropovodech v České republice v průběhu silných magnetických bouří na přelomu října a listopadu 2003 (GFÚ)
- Časové změny teploty v krasových horninách impaktové struktury Chicxulub (GFÚ)
- Ničivé zemětřesení na Sumatře 26. prosince 2004: úloha seismické služby GFÚ při informování sdělovacích prostředků a čs. veřejnosti (GFÚ)
- Evoluce žab v období křídy a terciéru (GLÚ)
- Výzkum magnetických parametrů a jejich závislost na velikosti zrn magnetických minerálů (GLÚ)
- "Radiobarity" v Podkrušnohoří: produkty termálních pramenů v oháreckém příkopu (GLÚ)
- Koncentrace polutantů v usazených srážkách (ÚFA)
- Zvýšení persistence atmosférické cirkulace nad Evropou (ÚFA)
- Obrat dlouhodobého trendu v ozónové vrstvě (ÚFA)
- Akustický generátor tlakových pulsací (ÚGN)
- Modelování visutých a kabelových mostů (ÚGN)
- Soubor poznatků pro zvýšení bezpečnosti vedení důlních děl na dolech s nebezpečím otřesů (OKR) (ÚGN)
- Kostní náhrady a výplně pro ortopedii na bázi kompozitních materiálů a způsob jejich přípravy (ÚSMH)
- Vliv horkovzdušné oxidace na strukturu a vlastnosti tepelně odolných vláknových kompozitů (ÚSMH)
- Experimentální ověření možnosti zplynění plastových odpadů s hnědým uhlím (ÚSMH)
3.1 Elektrické napětí indukované na ropovodech v České republice v průběhu silných magnetických bouří na přelomu října a listopadu 2003
P. Hejda, J. Bochníček
Protikorozní ochrana ropovodů a plynovodů představuje kombinovaný systém složený z pasivních a aktivních prvků. Nejpoužívanějším prvkem pasivní ochrany je asfaltová nebo PE izolace, hlavním aktivním prvkem pak katodická ochrana, která zajišťuje trvalý záporný potenciál (1 až 2 V) potrubí vůči zemi. Koroze je elektrochemický proces a k největším škodám dochází v místech, kde teče elektrický proud z potrubí do země. Hodnota potenciálu je na stanicích katodické ochrany trvale monitorována a vyhodnocována. Narušení katodické ochrany koncem října roku 2003 přimělo servisní pracovníky kontaktovat geomagnetické oddělení Geofyzikálního ústavu.
V rámci pilotního projektu analyzovali pracovníci GFÚ data ze stanic Ořechov (Brno) a Havlíčkův Brod na ropovodu Družba a ze stanice Sv. Kateřina na ropovodu Ingolstadt-Kralupy n. Vlt. Na základě dat geomagnetické observatoře Budkov u Prachatic vypočetli pomocí modelu rovinné vlny geoelektrické pole a porovnali ho s naměřeným potenciálem potrubí vůči zemi. Zatímco v Ořechově a Sv. Kateřině byla zjištěna vysoká korelace mezi oběma průběhy, na stanici Havlíčkův Brod tvořil spočítaný geoelektrický signál necelou polovinu celkové naměřené variace. Analýza tak umožnila rozlišit změny napětí indukované geomagnetickými bouřemi od změn antropogenního původu (např. bludné proudy od stejnosměrných zdrojů), které se výrazně projevily na stanici Havlíčkův Brod.
Studie je ilustrací významné skutečnosti, že geomagnetické pole, z lokálního pohledu slabé (denní variace nedosahuje ani v největších magnetických bouřích 1 000 nT), může na dostatečně dlouhých vodičích indukovat nezanedbatelné proudy a napětí.
Obr. Porovnání naměřeného napětí potrubí-zem (červená křivka) s vypočteným geoelektrickým polem (modrá křivka) na stanicích Sv. Kateřina a Ořechov v období nejsilnější magnetické bouře 29. října 2003.
Hejda P., Bochníček J.: Geomagnetically induced pipe-to-soil voltages in the Czech oil pipelines during October-November 2003. Annal. Geoph. 23: 3089-3093 9(2005)
3.2 Časové změny teploty v krasových horninách impaktové struktury Chicxulub
odpovědný pracovník: J. Šafanda, tel. 267103384, e-mail jsa@ig.cas.cz
Rozsáhlý geofyzikální a geologický průzkum 65 mil. let starého a 180 - 200 km širokého impaktového kráteru Chicxulub (čikčulub) na poloostrově Yukatán v Mexiku byl završen vyvrtáním 1.5 km hlubokého jádrovaného vru Yaxcopoil (jaškopoil). Vrt iniciovaný a financovaný Programem mezinárodního hlubinného vrtání na kontinentech (ICDP) prošel 800 m mocnou sedimentární zkrasovělou výplní kráteru, zastihl 100 m silnou vrstvu taveniny a úlomků vzniklých při dopadu nebeského tělesa a skončil v křídových sedimentech rozlámaných při dopadu do megabloků. Geotermický výzkum vrtu a vrtného jádra provedený v česko-německo-ruské spolupráci přinesl řadu pozoruhodných výsledků, mezi jinými spolehlivě určil překvapivě vysoký tepelný tok v oblasti, 70 mW/m2. Čtyři karotáže teploty provedené ve vrtu 0.8, 15, 24 a 34 měsíců po jeho dovrtání odhalily postupné narušování původně lineárního vzestupu teploty s hloubkou. Studená "vlna" nacházející se v čase první karotáže v hloubce 145 m postupovala do hloubky rychlostí 4-6 m za měsíc a zvětšovala svoji amplitudu z 0.8 °C až na 1.6 °C v čase poslední karotáže, kdy byla zastižena v hloubce 312 m. Jako možné vysvětlení tohoto neobvyklého jevu se nabízí proudění vrtného výplachu uniklého během vrtání ve svrchních 100 - 150 m v ohromném množství do okolní, silně porézní a zkrasovělé horniny. Výplach vytlačuje lehčí podzemní vodu a postupuje do hloubky, kde ochlazuje okolní horninu.
H. Wilhelm, P. Heidinger, J. Šafanda, V. Čermák, H. Burkhardt and Yu. Popov: High resolution temperature measurements in the borehole Yaxcopoil 1, Mexico. Meteoritics & Planetary Science 39, Nr 6, 2004, 813-819.
J. Šafanda, P. Heidinger, H.Wilhelm, V.Čermák: Fluid convection observed from temperature logs in the karst formation of the Yucatán Peninsula, Mexico. J. Geophys.Eng. 2, 2005, 326-331
H. Wilhelm, Yu.V. Popov, H. Burkhardt, J. Šafanda, V. Čermák, P. Heidinger, D. Korobkov, R. Romushkevich and S. Mayr: Heterogeneity effects in thermal borehole measurements. J.Geophys. Eng.,2, 2005, 357-363.
Průběh teploty s hloubkou ve svrchních 400 m vrtu Yaxcopoil naměřený čtyřmi karotážemi v časech 0.8, 15, 24 a 34 měsíců po dovrtání. V každém profilu je vyznačeno "čelo" postupující studené "vlny" a její postupně se zvětšující amplituda. Sklon "čela", 188 mK/m, se nemění.
3.3 Ničivé zemětřesení na Sumatře 26. prosince 2004: úloha seismické služby GFÚ při informování sdělovacích prostředků a čs. veřejnosti
Odpovědná osoba: J. Zedník, tel. 267103015, e-mail jzd@ig.cas.cz
Zemětřesení na Sumatře 26. prosince 2004 o velikosti 9.0 a následné vlny tsunami v Indickém oceánu se zařadily mezi nejničivější přírodní katastrofy v dějinách lidstva. Seismická služba Geofyzikálního ústavu (GFÚ) - vedle své standardní role monitorování regionální a lokální zemětřesné aktivity a výměny dat se světovými datovými centry - uspokojovala po dobu několika měsíců požadavky sdělovacích prostředků a veřejnosti na aktuální přesné informace a na seismologickou a geologickou osvětu. Díky modernímu vybavení našeho interpretačního centra a sítě seismických stanic dokážeme určovat polohu a velikost všech středně silných zemětřesení na světě i slabých otřesů na našem území a informaci zveřejnit na www stránkách GFÚ do 15 minut po zaznamenání jevu našimi stanicemi. Tato procedura probíhá automaticky, tj. i v době nepřítomnosti pracovníků centra. Na zájem odborné i laické veřejnosti reagovali pracovníci GFÚ řadou popularizačních přednášek, článků v novinách a časopisech, vystoupení v televizi a rozhlase. K tématu katastrofálních zemětřesení minulosti a současnosti jsme vydali, resp. jsme se podíleli na vydání 4 knižních publikací, z nichž dvě se vztahují k 250. výročí nejničivějšího zemětřesení na evropském kontinentu v Lisabonu r. 1755.
J. Kozák, V. S. Moreira, D. R. Oldroyd: Iconography of the 1755 Lisbon earthquake (Obrazové dědictví lisabonského zemětřesení), Geophysical Institute ASCR & Academia Publisher, Praha, 2005.
James, Ch., J. Kozák:. Representations of the 1755 Lisbon Earthquake, ve sborníku: The Lisabon Earthquake of 1755 (eds T. E. D. Brown and J. B. Radner), Voltaire Foundation, Oxford, 2005.
Giacomoni, A. Agliapietro, J. Kozák: La Terra Trema, Documenti INTERART, Trento, 2005.
P. Jakeš, J. Kozák: Vlny hrůzy, Nakladatelství Lidové noviny, 2005.
Obálka knihy J. Kozák, V. S. Moreira, D. R. Oldroyd: Obrazové dědictví lisabonského zemětřesení.
3.4 Evoluce žab v období křídy a terciéru
Byly zkoumány různé aspekty vývoje žab křídového a třetihorního stáří v Evropě, Izraeli a Jižní Africe. Zvláštní pozornost byla věnována vývoji metamorfózy larev. Metamorfóza je u žab, na rozdíl od temnospondylních neotenických obojživelníků, evolučně novým jevem, který je charakterizován kumulací významných evolučních událostí v poměrně krátkém časovém úseku. Typický průběh metamorfózy žab se objevil již ve spodní křídě, což dokazuje druh Shomronella jordanica z lokality Negev v Izraeli. Obrovští pulci rodu Palaeobatrachus ukazují na problém opožděné přeměny ve spodním miocénu jezera Randecker Maar. Opoždění metamorfózy mělo pravděpodobně komplexní ekologické a fyziologické vysvětlení. Dále byl zkoumán materiál z několika lokalit střední a svrchní křídy Utahu. Materiál byl natolik rozsáhlý, že poprvé v rámci Severní Ameriky umožnil definovat vývoj celých žabích společenstev a souvislosti tohoto vývoje s výkyvy podnebí v daném úseku geologické minulosti.
Gigantičtí fosilní pulci se spodnomiocénního vulkanického jezera Randecker Maar v Německu (ze: Zbyněk Roček, Ronald Böttcher, Richard Wassersug: Gigantism in tadpoles of the Tertiary frog Palaeobatrachus. Předloženo v 2005 do Paleobiology).
Ročková, H., Roček, Z.: Development of the pelvis and posterior part of the vertebral column in the Anura. - Journal of Anatomy 206: 17-35 (2005).
Roček, Z.: Developmental patterns of Mesozoic pipid frogs and problem of Pipidae-Palaeobatrachidae relationships. - 5th World Congress of Herpetology, Programme and Abstracts:87 (2005).
Roček, Z.: Unusual features of the head anatomy in the discoglossid frog Barbourula. - 5th World Congress of Herpetology, Programme and Abstracts: 87-88 (2005).
3.5 Výzkum magnetických parametrů a jejich závislost na velikosti zrn magnetických minerálů
Pro odhad dávných magnetických polí přítomných v době chladnuti dochází k tepelně blokované remanentní magnetizaci. Horniny, co vychladají pomalu, často obsahují magnetické minerály jejichž velikost dosahuje až několika milimetru. Výzkum byl zaměřen na magnetické minerály železa, slitiny železa a niklu, magnetit a hematit, jejichž velikost zrn je kolem jednoho milimetru. Zjistilo se, že tyto minerály nezachycují magnetické pole jehož velikost byla menší než 1000 nT. Proto schopnost zaznamenat magnetické pole menši než 1000 nT pro vícedoménová zrna o velikosti 1mm je nepravděpodobná. Pro pole větší než 1000 nT magnetizace je předpovězena empirickým zákonem teplotní magnetizace a je tedy nepřímo úměrná saturované magnetizaci (Ms) minerálu. Pole ve kterých magnetická zrna začínají zaznamenávat teplotní magnetizaci je také úměrná velikosti zrn. Výsledky této práce objasňují předchozí publikace o náhodné magnetizaci meteoritu při demagnetováni střídavým magnetickým polem, či tepelné demagnetizaci. Mimozemská magnetická pole v naší sluneční soustavě jsou běžně slabší než geomagnetické pole Země, a to i o několik řádů. Mimozemské horniny běžně obsahují velká zrna na bázi železa a tím tyto výsledky mají přímý důsledek na odhady magnetických polí z meteoritů a polí detekovaných meziplanetárním výzkumem.
Souhrnný graf SIRM normalizovaný TRM pro jednoduchá magnetická zrna (H=hematit, M=magnetit, FeNi= železo-nikl, Fe=železo) vs. indukující homogenní magnetické pole. Čísla v legendě jsou hodnoty saturační magnetizace pro jednotlivé vzorky.
Kletetschka, G., Norman, F., Ness, N.F., Connerney, E.P., Acuna, M.H., Wasilewski, P.J.: Braun-Size-Dependent Potential for Self Generation of Magnetic Anomalies on Mars via Thermoremanent Magnetic Acquisition and Magnetic Interaction of Hematite and Magnetite. - Physics Earth Planetary Interior 148, 2-4: 149-156 (2005)
Kletetschka, G., Fuller, M.D., Kohout, T., Wasilewski, P.J., Ness, N.F., Acuna, M.H.: TRM in Low Magnetic Fields: a minimum field that can be recorded by large multidomain grain. - Physics Earth Planetary Interior (in press 2006).
3.6 "Radiobarity" v Podkrušnohoří: produkty termálních pramenů v oháreckém příkopu
Výskyty barytu na křemencích v oháreckém příkopu jsou produktem mladších fází třetihorní (mladoalpinské) nízkoteplotní hydrotermální aktivity. V roce 1904 byl z této oblasti popsán specifický typ barytu se zvýšenými obsahy Ra (tzv. radiobaryt). Po revizi 12 lokalit byla přítomnost údajného radiobarytu zjištěna jen v okolí Teplic (Lahošť-Jeníkov) a Karlových Varů. Zcela převažují krystaly barytu s koncentricky oscilační barevnou zonálností. Bylo zjištěna zastupování Sr, Ca a Fe za Ba. Oproti průměrnému obsahu SrO v barytu 0,4 hm.% jsou výrazně zvýšené obsahy SrO v některých vzorcích z Lahoště-Jeníkova (až 3 hm%) a Karlových Varů (až 5 hm%). Kromě inkluzí sulfidu Fe obsahují tyto vzorky rovněž sulfidy Fe s neobvykle vysokými obsahy Co (až 12 hm%) a Ni (až 8 hm%). Specifická aktivita 238U ve studovaných barytech je velmi nízká, zatímco aktivita 226Ra dosahuje v několika vzorcích 8 Bq/g; 226Ra je tedy v nerovnováze s mateřským uranem. Tyto "radiobaryty" nebo jejich části musejí být proto velmi mladé, nejvýše 10-15 tisíc let. Velmi nízké obsahy uranu (<0.4 ppm) v barytech byly také potvrzeny neutronovou aktivační analýzou.
Mřížkové parametry barytů získané z RTG-difrakčních dat nevykazují žádné systematické změny v závislosti na jejich chemickém složení a jsou v souladu s literárními údaji. Naopak pološířky difrakcí vzorků z Lahoště-Jeníkova a Karlových Varů jsou větší a zdá se, že korelují s chemickým složením.
Poměry stabilních izotopů S a O v kenozoických barytech na Teplicku jsou velmi stálé, naopak baryty z děčínské oblasti vykazují větší pestrost ve zdrojích síry. Zatímco na Teplicku jsou hlavním zdrojem sírany pocházející z terciérní mostecké pánve, na Děčínsku jsou pravděpodobnějším zdrojem síry křídové sedimenty. Na základě homogenizačních teplot fluidních inkluzí a hodnot ?18O barytu bylo vypočteno izotopové složení kyslíku hydrotermálních fluid. To odpovídá srážkovým vodám, jejichž izotopové složení kyslíku bylo pozměněno během hlubokého oběhu v sedimentárních pánvích.
Tabulárni krystaly "radiobarytu" z teplických horkých pramenů (foto K. Malý)
Ulrych, J., Adamovič, J., Žák, K., Frána, J., Řanda, Z., Langrová, A., Skála, R., Chvátal, M.: Cenozoic "radiobarite" occurrences in the Ohře (Eger) Rift, Bohemian Massif: mineralogical and geochemical revision. - Chemie der Erde/Geochemistry, in print
Ulrych, J., Adamovič, J., Žák, K., Frána, J., Řanda, Z., Langrová, A., Skála, R., Chvátal, M.: Cenozoic "radiobarite" occurrences in the Ohře (Eger) Rift, Bohemian Massif: mineralogical and geochemical revision. - Chemie der Erde/Geochemistry, in print
3.7 Koncentrace polutantů v usazených srážkách
J.Fišák, D.Řezáčová, P.Chaloupecký
Vzorky vody z pevných a kapalných usazených srážek (námraza, mlha) se odebírají jednak systematicky na meteorologických observatořích Milešovka, Kopisty (ÚFA AV ČR) a Churáňov (odběrové místo ÚH AV ČR), jednak při expedičních odběrech v dalších lokalitách. Měření v mlze ukázala, že množství polutantů má vliv na kvantitativní vyjádření vztahu mezi obsahem vody v mlze a dohledností. Analýzy vzorků vody vykázaly dále v odběrech z námrazy a z mlhy rozdílné koncentrace polutantů (viz obr. a). Potvrdilo se, že v severních Čechách přispívá ke kyselosti usazených srážek nejvíce NO3-, který v této pozici vystřídal SO42-. Na jihu území ČR zůstává hlavní příspěvek SO42-, ale podíl NO3- se výrazně zvyšuje. Prokázalo se, že koncentrace polutantů v usazených srážkách jsou řádově srovnatelné s hodnotami ve srážkách odebraných pod korunami stromů. Podkorunové srážky přitom vykazují nejvyšší hodnoty koncentrací, neboť obsahují polutanty z usazených srážek, z pevného spadu i z metabolizmu rostlin. Vzorky mlhy odebrané na observatoři Kopisty, která se nachází v jednom z nejvíce znečištěných regionů v severních Čechách, indikují příznivý vývoj koncentrace polutantů v průměrném ročním vzorku (viz obr. b).
(a) Procentuální zastoupení základních polutantů ve vodě z mlhy a námrazy na observatoři Milešovka. Datový soubor zahrnuje období 1999-2004
(b) Celková koncentrace polutantů [mg/l] ve středním ročním vzorku mlhy na observatořích Kopisty u Mostu (roky 2000, 2001, 2003, 2004) a Milešovka (roky 2000-2004).
Fišák J., Řezáčová D., Mattanen J.: Calculated and Measured Values of Liquid Water Content in clean and polluted environments. - Studia Geoph. et Geodaetica, v tisku.
Fišák J., Chaloupecký P., Fottová D., Řezáčová D.: Pollutant concentrations in the fog water at the Kopisty Observatory. - Studia Geoph. et Geodaetica, v recenzním řízení.
Fišák J., Tesař M.: Solid and liquid occult precipitation in the headwater regions of the Czech Republic. - International conference on Headwater Control VI, Bergen, Norsko, 2005, CD Proceedings.
3.8 Zvýšení persistence atmosférické cirkulace nad Evropou
J. Kyselý, R. Huth
Statistická analýza dlouhodobé proměnlivosti persistence (doby života) cirkulačních typů nad Evropou podle katalogu Hesse a Brezowského ukazuje, že nárůst od 70. let do konce 80. let 20. století představuje nejvýraznější změnu od r. 1881. Toto zvýšení je statisticky významné pro většinu skupin cirkulačních typů ve většině sezón a je potvrzeno několika druhy testů (testy bodů zlomu, odlehlých hodnot, trendů). Částečně je dáno sníženou četností přechodů mezi cirkulačními typy ze stejné skupiny. V zimě je kolem roku 1990 zaznamenán také výrazný nárůst persistence všech skupin objektivně určených typů. Pozorované zvýšení průměrné doby života cirkulačních typů nad středními šířkami v Evropě je ve shodě s představou o cirkulačních změnách souvisejících s globálním oteplováním (posun oblastí s nejvyšší baroklinní aktivitou, tzv. storm tracks, k severu) i s pozorovaným poklesem četnosti tlakových níží v dané oblasti. Protože stálé cirkulační podmínky podporují odchylky teploty vzduchu a některých dalších klimatických prvků v jednom směru, vyšší persistence atmosférické cirkulace také pravděpodobně přispěla k pozorovanému zvýšení četnosti klimatických extrémů, zejména teplotních. V rámci analýzy byl navržen nový statistický test bodů zlomu, modifikovaný sekvenční t-test. Jeho výhodami je možnost aplikace na jakýkoli druh časových řad bez omezení souvisejících se statistickými vlastnostmi dat a dále skutečnost, že výsledky v daném časovém okně nejsou ovlivněny daty v ostatních částech řady.
Dlouhodobé změny průměrné doby života cirkulačních typů za období 1881-2000 v zimě (nahoře) a v létě (dole). Plná křivka znázorňuje 5-leté klouzavé průměry, horizontální čára dlouhodobý průměr.
Kyselý, J., Domonkos, P.: Recent increase in persistence of atmospheric circulation over Europe: Comparison with long-term variations since 1881. - Int. J. Climatol., doi 10.1002/joc.1265 (2006).
Kyselý, J., Huth, R.: Changes in atmospheric circulation over Europe detected by objective and subjective methods. - Theor. Appl. Climatol., doi 10.1007/s00704-005-0164-x (2006).
3.9 Obrat dlouhodobého trendu v ozónové vrstvě
P. Križan, J. Laštovička
Od 70. let minulého století se díky růstu antropogenních emisí (hlavně freonů) zeslabovala ozónová vrstva, která nás chrání před škodlivým slunečním ultrafialovým zářením. V současné době ale zřejmě díky Montrealskému protokolu o ochraně ozónové vrstvy a dalším faktorům dochází k obratu, což dokumentujeme pomocí studia ozónových lamin, jejichž dlouhodobý trend studujeme jako jediný tým na světě. Výškové profily ozónu vykazují úzké vrstvy podstatně zvýšené (snížené) koncentrace ozónu, zvané kladné (záporné) laminy. Charakteristiky lamin mají několikanásobně silnější dlouhodobý trend než celkový ozón, ale s velmi podobným chováním v čase. Prokázali jsme, že na celé severní polokouli severně od 35 s.š. od 70. let celkový obsah ozónu v laminách silně klesal (o 50% za 20-25 let), ale kolem r. 1995 se tento trend obrací na výrazný kladný trend. Obdobně se chová celkový ozón ve vyšších středních šířkách severní polokoule. Na jižní polokouli, kde je lamin podstatně méně, jsme podobnou změnu trendu nenašli. Hlavní příčinou této změny trendu jsou dlouhodobé změny v chování intenzity arktického polárního víru a teploty v arktické dolní stratosféře; roli asi hrají i opatření vyplývající z Montrealského protokolu a jeho dodatků, a to zvláště v posledních letech.
Všech 6 evropských ozonosondážních stanic vykazuje jasnou změnu v dlouhodobém trendu v celkovém obsahu ozónu v laminách na profil ze záporného na kladný okolo r. 1995.
Križan P., Laštovička J.: Trends in positive and negative ozone laminae in the Northern Hemisphere. - J. Geophys. Res. 110: D10107, doi: 10.1029/2004JD005477 (2005).
Križan P., Laštovička J.: Definition and determination of laminae in ozone profiles. - Studia geoph. geod. 48: 777-789 (2004).
Križan P., Laštovička J.: Ozone laminae: Comparison of the Southern and Northern Hemisphere, and explanation of trends. - J. Atmos. Solar-Terr. Phys. (dáno do tisku).
3.10 Akustický generátor tlakových pulsací
J.Foldyna, L. Sitek, P. Jekl
Byl vypracován nový způsob akustického generování pulsací kapalinového paprsku a navrženo, vyrobeno a odzkoušeno zařízení využívající tohoto způsobu ke generování pulsujícího kapalinového paprsku. Tlakové pulsace generované akustickým budičem v akustické komoře vyplněné tlakovou kapalinou jsou zesíleny a přenášeny k trysce kapalinovým vlnovodem. K přenosu pulsační energie od generátoru k trysce se využívá stlačitelnosti kapaliny a naladění akustické soustavy.
Generátor pulsací je možno zapojit do tlakového rozvodu ve větší vzdálenosti od pracovního nástroje. Díky tomu je při generování pulsací kapalinového paprsku možno nejen lépe chránit generátor pulsací před nepříznivými vlivy pracovního prostředí v bezprostředním okolí pracovního nástroje, ale rovněž využívat standardní pracovní nástroje používané při práci s kontinuálními paprsky a tím značně redukovat náklady na zavedení technologie pulsních paprsků do průmyslové praxe.
Zkoušky prokázaly minimálně 2x vyšší výkonnost pulsujícího vodního paprsku při rozpojování materiálů v porovnání s kontinuálním paprskem stejných parametrů, a to díky účinkům impaktního tlaku generovaného pulsujícími paprsky při dopadu na rozpojovaný materiál a únavovému namáhání rozpojovaného materiálu. Vzhledem k velkému praktickému potenciálu uvedené metody a zařízení byly podniknuty kroky vedoucí k ochraně průmyslových práv podáním přihlášky vynálezu PV 2005-168.
Foldyna, J., Sitek, L., Švehla, B., Švehla, Š. Utilization of ultrasound to enhance high-speed water jet effects. Ultrasonics Sonochemistry, Vol 11/3-4, 2004, Elsevier B. V., pp 131-137.
Foldyna, J., Sitek, L., Habán, V. Acoustic wave propagation in high-pressure system. Ultrasonics. V současné době v recenzním řízení.
Sitek, L., Foldyna, J., Švehla, B. Vodní paprsek ve strojírenství (1. část). Strojárstvo, 5/2004, ročník VIII, str. 100-101, ISSN 1335-2938.
Sitek, L., Foldyna, J., Švehla, B. Vodní paprsek ve strojírenství (2.část). Strojárstvo, 3/2005, ročník IX, str. 53-54, ISSN 1335-2938.
Sitek, L., Foldyna, J. Modulovaný vodní paprsek - nástroj pro opracování kovů? Konstrukce, 3. ročník, číslo1/2004, str. 66 - 67, ISSN 1213-8762.
Foldyna, J., Martinec, P., Sitek, L. Water jets in dimension stone cutting and surface treatment. Dimension Stone 2004. New Perspectives for a Traditional Building Material (Proceedings of the International Conference on Dimension Stone 2004, 14-17 June 2004, Prague, Czech Republic). Přikryl (ed.), A. A. Balkema Publishers, Taylor & Francis Group, London, 2004, pp. 303-308, ISBN 90 5809 675 0.
Foldyna, J., Sitek, L., Švehla, B. Break-up of modulated water jets: CFD simulation and experiment. Extended abstracts, 21st Danubia-Adria Symposium on Experimental Methods in Solid Mechanics, Croatian Society of Mechanics, 2004, pp. 28 - 29, ISBN 953-96243-6-3.
Foldyna, J., Sitek, L., Martinec, P., Ščučka, J., Jekl, P. & Młynarczuk, M. Rock cutting by pulsing water jets. Eurock 2005 - Impact of Human Activity on the Geological Environment. Konečný (ed.), A. A. Balkema Publishers, Taylor & Francis Group, London, 2005, pp. 129 - 134, ISBN 04 1538 042 1.
Foldyna, J., Sitek, L., Ščučka, J., Martinec, P. & Jekl, P. Pulsating water jets: A tool for dimension stone cutting. Proceedings of the 4th International Conference Mining Techniques 2005, Feliks, Filipowicz (eds.), AGH Krakow, 2005, pp. 37 - 46, ISBN 83-915742-7-X.
Foldyna, J., Sitek. L. CFD model modulovaného vodního paprsku. Sborník 10. uživatelské konference FLUENT 2004. Střasák (ed.), Techsoft Engineering s. r. o., Praha, 2004, pp. 2-33 - 2-39, ISBN 80-239-3138-5.
Foldyna, J., Říha, Z., Sitek, L. Proudění v trysce s pohyblivou stěnou. Sborník 11. uživatelské konference FLUENT 2005. Střasák (ed.), TechSoft Engineering s. r. o., Praha, 2005, pp. 183 - 188, ISBN 80-239-5127-0.
3.11 Modelování visutých a kabelových mostů
Josef Malík
Visuté a kabelové mosty jsou často používanou konstrukcí ve stavebním inženýrství. Tyto mosty umožňují efektivním způsobem překlenout široké vzdálenosti. Mostovky jsou zavěšeny na soustavě lan, které jsou připevněny k
- sloupům v případě kabelových mostů,
- hlavním kabelům, které jsou připevněny ke sloupům, v případě visutých mostů.
V případě kabelových mostů je nelinearita spojena se skutečností, že kabely přenášejí tahy nikoliv tlaky. Základní vlastnosti modelů kabelových mostů byly zkoumány v [1], [2]. V článku [3] bylo analyzováno chování mostovky v bočním větru a byla zformulována kritéria, která musí splňovat profil mostovky, aby nedocházelo k velkým oscilacím. V článku [4] byly analyzovány zdroje nestability spojené s vlastními kmity vertikálních a torzních oscilací.
V případě visutých mostů je nelinearita spojena se stejnou vlastností jako u kabelových mostů. Navíc je třeba do modelu zahrnout nelineární chování hlavních kabelů. V článku [5] byl navržen nelineární model visutého mostu popisující vertikální deformace mostovky. Analýza modelu odhalila zdroje možných nestabilit této konstrukce a ukázala způsoby jak se těchto nestabilit zbavit. V článku [6] tyto výsledky byly zobecněny pro modely zahrnující torzní deformaci mostovky.
[1] J. Malík: Oscillations in cable stayed bridges" existence, uniqueness, and homogenization of cable systems, Journal of Math. Anal. Appl., 226 (2002), 100-126.
[2] J. Malík: Mathematical modelling of cable stayed bridges: existence, uniqueness, continuous dependence on data, homogenization of cable systems,
Appl. Math., 49 (2004), 1-38.
[3] J. Malík: Asymptotic behaviour of solutions to cable stays bridge equations, Journal of Math. Anal. Appl., accepted.
[4] J. Malík: Instability of oscillations in cable stayed bridges,
Appl. Nath., 50 (2005), 503-525.
[5] J. Malík: Nonlinear models of suspension bridges, , Journal of Math. Anal. Appl., accepted.
[6] J. Malík: Generalized nonlinear models of suspension bridges, Journal of Math. Anal. Appl., accepted.
3.12 Soubor poznatků pro zvýšení bezpečnosti vedení důlních děl na dolech s nebezpečím otřesů (OKR)
P. Konečný, L. Staš, R. Šňupárek, K. Souček
Soubor poznatků prohlubuje poznání důlních otřesů na dolech v OKR, příčin jejich vzniku, mechanismů jejich působení a účinků na důlní díla. Základní soubor teoretických poznatků (převážně z laboratorního výzkumu a matematického modelování) a experimentálních výsledků získaných in situ ze studia důlních otřesů, ke kterým v OKR došlo v období let 1993 - 2004, umožnil zpřesnit používané metody prognózy a prevence důlních otřesů a vytvořil základní vědecký podklad pro úpravu příslušné legislativy. Nejdůležitější poznatky se týkají tří dílčích problémových oblastí souvisejících s vedením důlních děl na dolech s nebezpečím otřesů:
- vedení důlních děl v částech horského masivu ve vlivu přídatných napětí
- dalšího rozvoje metod protiotřesové prognózy a prevence
- zvýšení stability a odolnosti dlouhých důlních děl.
V oblasti ochrany důlních chodeb přinesly nové poznatky významný posun v přístupu k volbě účinných opatření, která nově zahrnují cílenou změnu vlastností okolního horninového masivu s použitím zpevňující injektáže a kotvení. Získané poznatky byly zahrnuty do znění nové vyhlášky č. 659/2004 Sb. (o bezpečnosti a ochraně zdraví při práce a bezpečnosti provozu v dolech s nebezpečím důlních otřesů) a do novelizace dalších metodických a řídících dokumentů - Pracovních pravidel a Metodických pokynů.
Konečný, P. (2004): Deformation effects of rock bursts on roadways and longwalls related to their support in Ostrava-Karviná Coal Basin. In: Protection of mechanical systems in the mining industry against the impact of high energy. - Gliwice, Komag 2004. - S. 137-142.
Konečný P. (2005) Rock bursts during reduction of coal production in Ostrava-Karviná hard coal basin. Proc.Eurock 05,Balkema, pp 261 - 264
Konečný, P., Ptáček, J., Stein, P.: Využití poznatků z řešení projektu ČBÚ č. 30/2003 "Analýza aplikací metod protiotřesové prevence v oblastech, kde vznikly otřesy a rozbor jejich účinnosti". Uhlí, rudy, geologický průzkum 3/2005, S. 25-32
Konečný, P., Ptáček, J., Petr, B. (2005): Nejdůležitější výsledky řešení projektu ČBÚ č. 22/2003 "Vedení důlních děl ve vlivu přídatných napětí v okolí ochranných pilířů jam a překopů v dolech s nebezpečím otřesů". Uhlí, rudy, geologický průzkum, v tisku
Šňupárek R., Zeman V. (2005) : Rockbursts in longwall gates during coal mining in Ostrava Karviná Coal Basin, Proc. Eurock 05, Balkema, pp 605 -610
Horyl P., Šňupárek R.(2005) : Modelling of effects of rockbursts on steel arch roadway support underground, Proc. Controlling Seismic Risks, ACG Austrálie, pp.601 - 606
Horyl P., Šňupárek R.(2005) : Behavior of steel arch support under dynamic effects of rockbursts
Zasláno do Mining Technology, ISSN 0371-7844
Šňupárek R., Staš L., Souček K., Zeman V., Schellong L.(2005): Nejdůležitější výsledky řešení projektu ČBÚ č. 34/2003 "Opatření ke zvýšení odolnosti porubních chodeb a chodeb v předpolí porubu proti deformačním účinkům otřesů", Uhlí, rudy, geologický průzkum, v tisku
3.13 Kostní náhrady a výplně pro ortopedii na bázi kompozitních materiálů a způsob jejich přípravy
Kompozity jsou připraveny na bázi vláken E a R skel a polysiloxanové pryskyřice jako prekurzoru matrice, která je dále modifikována frakcí práškového hydroxyapatitu-základní složkou lidské kosti. Pro získání povrchu s otevřenými póry o velikosti 400-600µm je použita metoda vlisování frakcí speciální soli, které jsou po vytvrzení vymyty. Složené kompozity jsou vytvrzovány při teplotě 200-3000C v dusíkové atmosféře. Připravené kompozity vykazují mechanické vlastnosti srovnatelné s vlastnostmi lidské kosti a vhodnou biotoleranci.
Navíc změny ve struktuře povrchu a v chemickém složení způsobené přídavkem hydroxyapatitu stimulují vrůstání kostních buněk do pórů optimální velikosti
Vlevo: Studovaný povrch kompozitu na bázi skel (velikost pórů 400-600 ?m),
vpravo: detail otevřeného póru
Balík K.,Černý M., Sochor M., Suchý T., Sucharda Z., Pešáková V., Hulejová H.:
Kostní náhrady a výplně pro ortopedii na bázi kompozitních materiálů a způsob jejich přípravy, Patentová přihláška, Úřad průmyslového vlastnictví, PV 2005-694 (7. 11. 2005)
3.14 Vliv horkovzdušné oxidace na strukturu a vlastnosti tepelně odolných vláknových kompozitů
Vyztužováním keramické matrice tepelně odolnými vlákny lze vytvořit kompozity s keramickou matricí (CMC - Ceramic Matrix Composites), jejichž houževnatost podstatně převyšuje monolitní keramiky a které vykazují pozoruhodnou tepelnou a chemickou stálost. Studovali jsme jednosměrně vyztužené CMC, vzniklé pyrolýzou (1000°C, dusík) kompozitů s polymetylsiloxanovou (Lukosil M130) nebo polymetylfenylsiloxanovou (Lukosil L901) pryskyřicí vyztužených keramickými vlákny Nicalon NL202 nebo Nextel 720. Pyrolyzované polysiloxany jsou velmi odolné při expozici v horkém vzduchu a jsou proto vhodné jako matrice tepelně odolných kompozitů. Poměrné hmotnostní úbytky vzorků kompozitů stanovené vážením před oxidací a po 1-hodinových expozicích při 900 a 1200°C jsou znázorněny na Obr. 1. Je zřejmé, že matrice odvozená z polymetylfenylsiloxanu je náchylnější k oxidaci než polymetylsiloxanová. Pro srovnání stálosti mechanických vlastností jednotlivých materiálů vystavených oxidaci do 1200°C byl na jejich vzorcích měřen smykový modul G před a po této expozici. G se oxidací velmi snižuje (Obr. 2), a to zejména po počáteční expozici při 900°C. Kompozity s matricí odvozenou z polymetylsiloxanu M130 mají všeobecně nižší G než jejich protějšky s matricí polymetylfenylsiloxanovou (L901). Vzrůst G po oxidaci při 1200°C v případě kompozitu Nicalon - M130 (Obr. 2) může být vysvětlen jako důsledek dvou procesů protichůdně ovlivňujících smykový modul: a) lokálního poškození matrice oxidací převážně při rozhraní vláken a matrice, a b) dalšího vyžíhání a zpevnění matrice při vyhřátí na teplotu převyšující teplotu přípravy.
Díky minimálnímu poškození při oxidaci je polymetylsiloxanová pryskyřice M130 vhodným prekurzorem matrice pro přípravu tepelně odolných kompozitů.
 |
 |
| Obr. 1 Relativní hmotnostní úbytek vzorků kompozitů po postupných oxidačních krocích ve vzduchu (1 h při 900 a 1200 C). | Obr. 2 Střední hodnoty smykového modulu G po postupných oxidačních krocích ve vzduchu (1 h při 900 a 1200 C) měřené při pokojové teplotě. |
J. Brandstetter, P. Glogar, D. Loidl, K. Kromp: Effect of oxidation at elevated temperature on elastic and interface properties of ceramic matrix composites. Key Engineering Materials (2005) 290, p. 340 - 343.
3.15 Experimentální ověření možnosti zplynění plastových odpadů s hnědým uhlím
P. Straka, V. Káš, V. Kříž, T. Hanzlíček a Z. Brožová:
Výzkum procesních podmínek prokázal, že peletovaný komunální odpad lze zpracovat zplyněním s hnědým uhlím ve stávajících zplyňovacích generátorech na energetický plyn a následně na elektrickou energii a teplo. Ukázalo se, že významná je otázka množství odpadu ve zplyňované směsi s uhlím, tj otázka dávkování. Při dávkování je nutno mít na zřeteli, že předmětný odpad obsahuje téměř vždy plasty. Tlakovou pyrolýzou směsí uhlí-plasty za definovaných podmínek bylo nalezeno, že při obsahu 20 % plastů ve zplyňované směsi dochází už za nízkoteplotních podmínek nejen k měknutí a tání plastů, ale i k částečnému rozkladu za vzniku polymerních fragmentů a vyšších uhlovodíků. Tyto fragmenty spolu se změklými a roztavenými plasty mohou zalepovat vpustě zplyňovacích generátorů při dávkování. V případě zpracování komunálního odpadu je tedy třeba zajistit dostatečný nadbytek hnědého uhlí a upravit dávkování odpadu do 15 %. Toto zpracování odpadu nepoškozuje životní prostředí.
Výzkumná zpráva pro Sokolovskou uhelnou a.s., p.n.
