Gli scienziati che si occupano di mineralli possono ora utilizzare le conoscenze su un minerale molto comune, ossia la muscovite, e le ben consolidate statistiche su terremoti e valanghe per quantificare come le interazioni ambientali ostili possano influire sul degrado e sul fallimento dei materiali utilizzati per pannelli solari più avanzati, sequestrazione geologica del carbonio e infrastrutture come edifici, strade e ponti.
Cosa dice il nuovo studio sulla muscovite
Il nuovo studio, guidato dall’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign in collaborazione con i Sandia National Laboratories e la Bucknell University, mostra che la quantità di deformazione causata dallo stress applicato localmente alla superficie della mica muscovite è controllata dalla condizione fisica della superficie del minerale e segue le stesse dinamiche statistiche osservate nei terremoti e nelle valanghe.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.
Quando si scelgono materiali per applicazioni ingegneristiche, gli scienziati vogliono sapere come la superficie di quel materiale interagirà con l’ambiente in cui verrà utilizzato e allo stesso modo, i geologi desiderano capire come le reazioni chimiche tra minerali e acque sotterranee lungo le faglie possano indebolire lentamente le rocce e portare a improvvisi cedimenti meccanici, a causa di un processo chiamato indebolimento chemomeccanico.
“Mentre i precedenti tentativi di quantificare l’effetto dell’indebolimento chemomeccanico nei materiali ingegnerizzati si sono basati su complessi modelli di dinamica molecolare che richiedono significative risorse computazionali, il nostro lavoro, invece, sottolinea il legame tra esperimenti di laboratorio e fenomeni del mondo reale come i terremoti“, ha affermato Jordan Sickle, studente laureato che ha guidato lo studio insieme alla professoressa di fisica dell’Illinois Karin Dahmen.
Le curiose particolarità di questo minerale
“La muscovite è stata scelta per questo studio principalmente a causa della sua estrema planarità,” ha detto Dahmen. “Ciascuno dei suoi strati lamellari è piatto fino al livello atomico. Grazie a questa planarità, l’interazione tra la superficie di questo materiale e l’ambiente è particolarmente rilevante.”
Per misurare l’indebolimento chemomeccanico sulle superfici di muscovite, i Sandia National Laboratories hanno esposto i campioni a diverse condizioni chimiche — asciutti, immersi in acqua deionizzata e in soluzioni saline con un pH di 9,8 e 12. Durante l’esposizione, uno strumento noto come nanoindentatore ha perforato la superficie dei minerali e registrato gli spostamenti, o cedimenti, nel materiale a carichi meccanici controllati.
Alcune particolari condizioni della muscovite e come possono reagire
I ricercatori hanno scoperto che in condizioni di secco, la muscovite può deformarsi di più prima di cedere rispetto alle condizioni umide; al momento della rottura, i campioni in ciascuna condizione rilasciano la loro energia elastica accumulata.
Lo studio riporta che, quando la muscovite è esposta a una soluzione basica con pH 9,8 o 12, lo strato superiore si indebolisce e può immagazzinare meno energia prima che si verifichi il cedimento, un fenomeno rispecchiato nelle statistiche sui cedimenti.
“I risultati di questo lavoro consentono ai ricercatori di testare il cedimento dei materiali più rapidamente rispetto ai modelli di simulazione ad alta potenza e dettaglio“, ha affermato Sickle. “Dimostrando che è possibile osservare gli stessi risultati utilizzando i modelli statistici già esistenti per i terremoti, i ricercatori saranno in grado di eseguire analisi dei materiali a throughput più elevato rispetto a quanto possibile in precedenza.”
Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e i Sandia National Laboratories sostengono questa ricerca.
Conclusione
È molto curioso come un minerale così comune come la muscovite possa rilevarsi molto utile nella previsione di terremoti; tu cosa ne pensi? Scrivilo sui commenti.
