Маріанська западина, розташована в західній частині Тихого океану, є найглибшим місцем на Землі. З її максимальною глибиною понад 11 кілометрів та суворими умовами, ця западина стала центром уваги для безлічі наукових досліджень. Уявіть, що на дно цієї западини опустили ковадло — предмет, що втілює силу та стійкість, як повідомляє Ukr.Media.
Фізичні умови в Маріанській западині
На дні траншеї тиск сягає приблизно 1100 атмосфер, що суттєво впливає на будь-які матеріали, що знаходяться на такій глибині. Зазвичай ковадло, виготовлене зі сталі, зазнає такого сильного тиску. За таких обставин метали можуть зазнавати стиснення та змін у своїй внутрішній структурі, які можуть варіюватися від незначних до серйозних.
1100 атмосфер перетворюються приблизно на 110 мегапаскалів, що еквівалентно вазі 1100 автомобілів (кожен вагою одну тонну), які діють на один квадратний сантиметр площі поверхні. Всупереч поширеним помилкам, сталеве ковадло не буде миттєво «розчавлене» на пил у традиційному розумінні. Метали мають високий модуль об'ємної пружності. Основним впливом тиску на сталь є не помітне зменшення об'єму, а скоріше напруження в кристалічній решітці та можливі зміни мікроструктури та характеристик матеріалу (наприклад, підвищена крихкість) з часом, особливо в поєднанні з низькими температурами. Тиск також може впливати на точки плавлення та реакційну здатність.
Корозія в солоній воді
Корозія – це явище, яке прискорюється впливом солоної води в океані. Сталь, що містить залізо, сильно реагує із солями та киснем, що містяться у воді, що призводить до утворення оксиду заліза, або іржі. На глибині понад 11 кілометрів цей процес може бути пом'якшений через брак кисню; однак, присутність сульфатів та інших мінералів у воді може сприяти різним формам хімічної корозії, які порушують цілісність металу.
На поверхні океану переважним типом корозії, що впливає на сталь, є аеробна корозія (за участю кисню), що призводить до утворення іржі (оксиди заліза). На значній глибині кількість розчиненого кисню надзвичайно низька. Тим не менш, присутні сульфати (SO₄²⁻) разом із сульфатредукуючими бактеріями (SRB). Ці бактерії можуть використовувати сульфати як окислювачі в анаеробному середовищі, вивільняючи сульфіди (S²⁻). Сульфіди є дуже корозійними для заліза та можуть спровокувати сульфідну корозію, яка може відбуватися швидше та руйнівніше, ніж аеробна корозія на поверхні, через утворення пухких, непасивних сульфідних плівок.
Під час розробки обладнання для глибоководних операцій недостатньо враховувати лише аеробну корозію. Необхідно використовувати матеріали або захисні покриття, що протистоять анаеробній сульфідній корозії. Часто використовуються спеціально леговані нержавіючі сталі, титанові сплави або композитні матеріали. Крім того, широко прийнятою практикою є електрохімічний захист (наприклад, катодний захист).
Біокорозія
Незважаючи на суворі умови, Маріанська западина населена мікроорганізмами, які адаптувалися до високого тиску, низьких температур і повної темряви. Деякі з цих мікроорганізмів можуть брати участь у біокорозії, використовуючи метали як джерело живлення. Це може прискорити руйнування металу ковадла, збільшуючи його крихкість і призводячи до подальшої деградації.
Механічний вплив
На таких глибинах тектонічні сили можуть створювати механічне навантаження на ковадло. Течії, незначні рухи ґрунту або сейсмічні явища можуть змістити ковадло, що потенційно може спричинити додаткову шкоду або навіть повне заблокування об'єкта в осадових породах або ґрунті на дні.
Довгострокові зміни та дослідницький інтерес
З часом ковадло, що лежить на дні Маріанської западини, може стати об'єктом наукових досліджень. Дослідження стану металу після тривалого перебування на таких глибинах допоможе дослідникам краще зрозуміти процеси корозії, біокорозії та вплив екстремальних умов на матеріали. Ці знання також можуть допомогти у створенні нових матеріалів, здатних витримувати екстремальні умови океану, що матиме вирішальне значення для майбутніх підводних досліджень і технологій.
Розміщення ковадла на дні Маріанської западини служить не лише випробуванням його міцності, але й можливістю розширити наше розуміння поведінки матеріалів у найекстремальніших умовах планети. Дослідження такого характеру мають потенціал для значного просування матеріалознавства та океанографії, відкриваючи нові можливості для розуміння нашого світу.
Джерело: ukr.media
