Zodra je verplettert, een rots snijden of breken, er zijn geen herkansingen. Het is een feit dat aardwetenschappers bijzonder voorzichtig moeten zijn met welke gesteentemonsters ze kunnen opofferen voor natuurkundige experimenten en welke op de plank moeten blijven.

Een team van geowetenschappelijke onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin werkt eraan om dat te veranderen met een nieuwe methode voor het maken van digitale replica's van gesteentemonsters die nauwkeuriger en eenvoudiger te gebruiken is dan andere technieken.

De digitale replica's kunnen in bepaalde experimenten de plaats innemen van het echte werk, waardoor wetenschappers meer te weten kunnen komen over gesteentemonsters zonder ze aan te hoeven raken. Ze stellen wetenschappers ook in staat om gegevens te verzamelen van monsters die te klein zijn om bepaalde experimenten op uit te voeren, zoals stekken dat naar boven komt bij het boren naar olie.

"Nu hoeven we geen steen mee het lab in te nemen, " zei Ken Ikeda, een afgestudeerde student aan de UT Jackson School of Geosciences. "We hoeven geen monster te riskeren, er is geen manier om het te verpesten."

Ikeda is de hoofdauteur van een paper gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research — Vaste aarde op 14 april, 2020, die de nieuwe methode beschrijft. Het onderzoek is volledig uitgevoerd door Jackson School-onderzoekers van de afdeling Geologische Wetenschappen, met de andere twee auteurs afgestudeerde student Eric Goldfarb, en Nicola Tisato, een assistent-professor in de afdeling Geologische Wetenschappen van de Jackson School.

In hun studie hebben de onderzoekers testten hun methode tegen twee anderen, vergelijken hoe de drie technieken het deden om te berekenen hoe snel seismische golven door een monster konden bewegen. De nieuwe methode kwam het dichtst in de buurt van de snelheden gemeten in het werkelijke monster, waarbij de berekening 4,5% afwijkt. De andere methoden waren 4,7% en 29% lager.

Seismische snelheidsgegevens zijn een fundamenteel hulpmiddel dat door geowetenschappers wordt gebruikt om ondergrondse rotsformaties te leren kennen. Maar de onderzoekers zeiden dat hun methode zou kunnen worden gebruikt voor het berekenen van een aantal andere belangrijke rotseigenschappen, zoals permeabiliteit of elektrische geleidbaarheid.

Alle digitale gesteentereplica's zijn gebouwd met behulp van gegevens die zijn verzameld van een CT-scan van een gesteentemonster, die een opname met hoge resolutie biedt van hoe de rots interageert met röntgenstralen. Door die informatie te analyseren, onderzoekers kunnen fysieke eigenschappen over het monster bepalen.

De andere twee methoden kwamen met het verwerken van compromissen. Een van deze methoden kan verantwoordelijk zijn voor poriën en breuken in het gesteentemonster - kenmerken die een grote invloed hebben op de algehele elasticiteit - maar vereist een doelwit, een zuiver monster van het mineraal dat het grootste deel van het gesteente vormt, tegelijkertijd met de rots worden gescand. De andere methode vereist geen doel, maar kan de poriën en breuken niet verklaren.

De nieuwe techniek omzeilt deze afwegingen door zichzelf te samplen voor doelen, extremen in de röntgengegevens gebruiken om stukjes puur mineraal te vinden - iets wat de onderzoekers een "pseudodoelwit" noemen - evenals breuken en poriën.

"Een rots heeft bepaalde gebieden die ongerept zijn, kwartskorrels die ongerept zijn, en ruimte, poriën, die helemaal leeg zijn, "Zei Tisato. "Dus als je die punten vindt, u hebt kalibratiepunten."

Zonder dat een puur mineraal doelwit nodig is om een ​​monster te begeleiden, de techniek vereenvoudigt het CT-scanproces. De studie laat ook zien dat, als het gaat om het berekenen van seismische snelheid, de techniek is nauwkeuriger dan de andere twee methoden.

Gary Mavko, een emeritus hoogleraar geofysica aan de Stanford University die niet deelnam aan het onderzoek, zei dat de studie helpt bij het bevorderen van onderzoek in een snelgroeiend veld.

"Dit werk vertegenwoordigt een veelbelovende nieuwe benadering voor elastische digitale rotsfysica - het veel bestudeerde probleem van het voorspellen van effectieve elastische eigenschappen van poreuze aardmaterialen van CT-beelden met hoge resolutie, " hij zei.

Momenteel, de nieuwe techniek kan alleen worden toegepast op monsters die grotendeels uit een enkel mineraal zijn gemaakt, zoals de kern van Berea-zandsteen die in het onderzoek is gebruikt. Hoe dan ook, er zijn tal van fascinerende rotsen die bij de rekening passen. Goldfarb zei dat hij de techniek heeft toegepast op drie Mars-meteorieten, samples die momenteel worden bestudeerd door Scott Eckley, een afgestudeerde student van de Jackson School.

Het meteorietvoorbeeld benadrukt de waarde van de techniek als een manier om zeldzame exemplaren toegankelijker te maken voor onderzoek, zei Goldfarb. Een rotsreplica van hoge kwaliteit betekent dat je geen meteoriet in je laboratorium nodig hebt om er een te kunnen bestuderen.