Áttörés a fragmentáció kutatásában

2020. július 20. - 10:12 A Debreceni Egyetem fizikusának közreműködésével bizonyították Platón ókori tudós több évezredes feltevését. Kun Ferenc és kutatótársai igazolták, hogy valamennyi törési, repedési folyamat kocka alakú testet hoz létre. A publikáció az amerikai tudományos akadémia lapjában, a PNAS-ben jelent meg.

A természetes környezetünkben megfigyelhető sziklák, kődarabok, kavicsok mind töredezési folyamatok eredményeként jöttek létre, így alakjukat a méretskála teljes szélességében a mikrométeres eróziótól a több száz köbméteres kőomlásokon át a Föld kőzetlemezeiig a repedések szerkezete határozza meg. Az univerzum alkotóelemei már az ókori tudósokat is foglalkoztatták: Platón öt szabályos testet különböztetett meg, amelyeket az univerzum őselemeiként tartott számon, így például a kockát a Földdel feleltette meg.

- A kutatók hosszú idő óta keresik arra választ, hogy van-e valamilyen rendszer a repedések mintázataiban és a törmelékdarabok alakjában. Ez azért is érdekes, mert a Mars felszínén is ugyanolyan törési mintázatokat találunk, mint a Föld kiszáradt folyómedreiben, vagy éppen a tundra permafrosztjában. A természetes töredezés leggyakrabban kettétörések sorozatán keresztül fejlődik. Mi azt mutattuk meg, hogy ez a folyamat síkban jellemző négyzet, térben pedig kocka alakú darabokat eredményez. A keletkező törmelékdarabok (poliéderek) lapjainak, csúcsainak és éleinek átlaga rendre 6-hoz, 8-hoz és 12-höz tart, vagyis az „átlagos alakzat” egy kocka lesz – magyarázta Kun Ferenc, a Természettudományi és Technológiai Kar Elméleti Fizikai Tanszékének professzora.

Kun Ferenc és kutatótársai – köztük Domokos Gábor, a gömböc egyik feltalálója, a BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszékének professzora, Török János, a BME elméleti fizikusa, és Douglas J. Jerolmack, a Pennsylvaniai Egyetem geofizikusa – feltételezéseiket háromféle módszerrel is bizonyították.

- A matematikai elemzések során a mozaikok elméletének felhasználásával két dimenzióban egzakt módon lehetett igazolni, míg három dimenzióban numerikus módszereket használtunk. Számos mérést végeztünk kőbányában történt robbantások során, kőomlásokon, hegyoldalakból, sziklafalakból erózióval levált köveken, valamint számítógépes szimulációval is modelleztük, hogy a különböző feszültségterek milyen repedési szerkezethez vezetnek – sorolta Kun Ferenc. Az eredmények igazolták Platón feltevésének helyességét.

A kutatás eredményéről szóló publikációt a nemzetközi tudományos élet meghatározó folyóirata, az amerikai tudományos akadémia lapja, a Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America jelentette meg.

Sajtóiroda - TPL