Du er her: AU » Om AU » Science and Technology » RØMER » Hør vand synge

Hør vand synge rent

Vand svarer, når man ringer det op på en særlig frekvens, men svaret overdøves ofte af støj i de moderne byer. Nu har forskere på Aarhus Universitet fundet en måde at rense signalet, så man også kan lede efter vand under tæt bebyggede områder.

Rent vand er en sparsom ressource. Ny teknologi gør det nemmere at spore grundvand i tæt bebyggede områder. Foto: Dreamstime

Af Signe Frøkiær

Med det markant stigende befolkningstal bliver det stadig vigtige at kunne finde rent vand.

En af pilekvistens moderne afløsere hedder MRS (Magnetisk Resonans Sondering). Metoden har været kendt siden starten af 1980’ne og er stærkt forenklet en højteknologisk metode til at få grundvandet til at ”give lyd”, når man leder efter det.

Desværre lider metoden under, at svaret fra vandet ofte forurenes af støj fra bl.a. højspændingsledninger, mobilnet og elhegn – det, som kaldes elektromagnetisk støj.

Nu er en løsning på vej. Esben Borch Dalgaard, som er ph.d.-studerende på Aarhus Universitet, har specialiseret sig i at sortere støjen fra. Dermed bliver vandet bliver til at få øje på i områder, hvor MRS-metoden ikke før var brugbar.

Atom-swing

Du kender sikkert til MR-scanninger fra hospitalet. Mekanikken bag MR-scanningen og MRS er den samme. Ved MRS ser man ikke ind i menneskets indre, men i Jordens. Med hjælp fra et elektromagnetisk felt, som forskerne sender ned i Jorden, påvirker de undergrunden til at sende respons tilbage, som de kan opsamle som et signal på jordoverfladen.

”Når vi leder efter vand, måler vi på brintatomkernen i vandmolekylet. Kernen orienterer sig efter Jordens magnetfelt, lige som en kompasnål altid peger mod nord. Når brintatomkernen bliver udsat for en elektromagnetisk påvirkning, ændrer den sig fra at være i en ligevægtstilstand til en højenergi tilstand,” forklarer Esben Borch Dalgaard.

Når forskerne fjerner det elektromagnetiske signal, vil kernerne svinge tilbage til deres hviletilstand, og det er den proces, som forskerne måler på.

”Vi kan sammenligne det med at dreje en kompasnål mod syd og give slip. Efter at have svinget lidt, vil nålen vende tilbage mod nord,” forklarer Esben Borch Dalgaard. 

Når atomkernerne svinger tilbage udsender de en lille magnetisk energiladning, som kan opfanges, hvis man ved, hvad man leder efter.

Så hvordan sikrer forskerne sig, at de ringer det rigtige atom op? Forskerne finder brintatomet ved at sende en elektromagnetisk bølge med en frekvens ned i Jorden, som er tilsvarende den frekvens, som brintatomkernerne har, den såkaldte Lamor-frekvens. Når Esben Borch Dalgaard sender et signal af sted, ved han præcis, hvilket signal han skal kigge efter, fordi brintatomerne svarer, som de bliver spurgt. 

Se og hør om den nye teknologi

Et hav af toner

Den elektromagnetiske energi som brintatomkernerne udskiller, ser forskerne som et signal, der består af en amplitude (signalstyrke) og en frekvens. Amplituden fortæller om mængden af vand i undergrunden.

For at illustrere princippet for os, flytter Esben Borch Dalgaard vandets frekvens hen i det hørbare område, så vi pludselig kan høre vandet ”give lyd” gennem en højttaler.

”Hvis der er en amplitude, er der vand. Jo større amplitude des flere vandmolekyler har vi ramt, og des mere vand er der,” forklarer Esben Borch Dalgaard. 

Det betyder samtidig, at højttaleren spiller højere, jo mere vand der er.

Forskerne måler også, hvornår signalet dør ud, kaldet henfaldstiden. Den kan fortælle, hvilke materialer vandet ligger i, og hvor let bevægeligt det er.  

Hvis amplituden er stor og har et langsomt henfald, ligger vandet frit, og der er meget af det. Det kunne være i en sø, hvis lyd meget vel kan minde om tonen fra en øredøvende brandalarm.

Hvis signalet er lavt og klinger hurtigere ud, betyder det, at vandet er bundet. Det kan være i sand, hvor tonen mest af alt lyder, som en forkølet klartone på en gammeldags fastnettelefon.  

Det er altså signalets styrke og henfaldstid, som afgør hvilke lyde, signalet kan omsættes til. Disse forhold kan, kombineret på forskellige måder, give forskerne toner nok til at komponere et helt – mere eller mindre yndefuldt - musikstykke. Hvis det altså var det, de ville.  

Esben Borch Dalgaard under en af de første afprøvninger af MRS-udstyret ved - og på - en isdækket Skanderborg Sø. Han har spændt ledningerne ud i et stort kvadrat med en sidelængde på 50 meter, og de fungerer som en stor spole. Når strømmen i ledningerne bliver tændt, sender de elektromagnetiske bølger ned i jorden (og vandet). Bølgerne har en særlig frekvens, der får protonerne i vandets brintatomer til at reagere og sende et signal tilbage, som forskerne kan opfange. Hvorfor lede efter vand på en sø? For at teste metoden et sted, hvor man vidste, der vand. I øvrigt fandt instrumentet også vand i undergrunden under den 15 meter dybe sø. (Foto: Lars Kæthius, som tilfældigvis kom forbi)

Ingen mellemregninger

MRS-metoden er unik, fordi den måler direkte på en geologisk parameter i jorden. Andre målinger i jorden tager udgangspunkt i undergrundens fysiske egenskaber, såsom elektrisk ledningsevne. Her skal der geologisk erfaring og en række mellemregninger til for at oversætte den elektriske ledningsevne til en geologisk parameter. Ved MRS måler forskerne derimod direkte på vandet og mængden af det i undergrunden.

”Hvis man vil måle temperaturen, kan man lade en isklump ligge frit og se hvor hurtigt den smelter, dette vil give et indirekte mål for temperaturen. Hvis man derimod bruger et termometer får man et mere direkte mål. På samme måde får vi et direkte mål fra undergrunden, når vi anvender MRS,” forklarer Esben Borch Dalgaard.

Signal så rent som en tenors serenade

Esben Borch Dalgaard pukler for at forfine signalet mest muligt - lige som en tenor forsøger at ramme den reneste tone uden at skratte eller synge falsk.

Det gør han ved at frasortere mest muligt af den elektromagnetiske støj – og den slags er ikke kun menneskeskabt. Der er også geologiske og astronomiske forhold at tage hensyn til.

”Målinger bliver påvirket forskelligt over døgnet og årstiderne. Selv tordenvejr fra ækvator og kraftige udbrud på solen kan genere signalet fra vandet,” fortæller han.

Derfor er det et større regnestykke han skal udregne, før han står med et rent signal fra grundvandet. Men det er det værd.

For med det rene signal har forskerne mulighed for at foretage målinger i større og mere tætbefolkede områder.

”Før ledte vi efter vand, hvor vi kunne komme til det. Nu leder vi der, hvor vi rent faktisk gerne vil lede,” fortæller Esben Borch Dalgaard. 

Henvendelse om denne sides indhold: 
Revideret 11.04.2014

Her finder du Science and Technology

KONTAKTINFORMATION

Science and Technology
Aarhus Universitet
Bygning 1431
Nordre Ringgade 1
8000 Aarhus C
E-mail: scitech@au.dk
Tlf. 8715 0000
Fax: 8715 2068

NUMRE

CVR-nr: 31119103
P-nr: 1009828059
EAN-numre: www.au.dk/eannumre

Aarhus Universitet
Nordre Ringgade 1
8000 Aarhus C

E-mail: au@au.dk
Tlf: 8715 0000
Fax: 8715 0201

CVR-nr: 31119103
EAN-numre: www.au.dk/eannumre

AU på sociale medier
Facebook
LinkedIn
Twitter
YouTube

© — Henvendelser til webredaktør

Cookies på au.dk