Razvoj in uporaba naprednih numeričnih in eksperimentalnih metod pri študiju procesov na krasu

Kras je geološki sistem, katerega specifične lastnosti in oblike so posledica  raztapljanja kamnin v podzemnih in površinskih vodah. Kraške je skoraj pol Slovenije; od tu izhajajo prvi znanstveni opisi krasa in številni strokovni izrazi. Kras ima pri nas tudi velik gospodarski pomen, saj se iz kraških vodonosnikov z vodo oskrbuje več kot polovica Slovencev, nekateri izjemni naravni fenomeni pa so svetovno znane turistične točke. Podobno kot v ostalih področjih geoznanosti , se raziskave krasa v zadnjih desetletjih vse bolj usmerjajo v razumevanje procesov, ki določajo razvoj in funkcijo kraških vodonosnikov in kraškega površja. Veliko mehanizmov in oblik na krasu je še nepojasnjenih, zato stremimo k razvoju novih modelskih pristopov s katerimi bi obravnavali različne elemente kraških sistemov. Glavni cilj predlaganega projekta je razvoj in uporaba naprednih numeričnih metod v raziskavah krasa. V ta namen smo izbrali tri primere, katerih obravnava bo prinesla nova temeljna spoznanja o kraških sistemih. V prvem primeru bomo podrobno obravnavali razvoj kraškega kanala, s posebnim ozirom na podrobno strukturo toka in raztapljanja ob meji med prosto tekočo vodo oziroma vodo v sedimentu in kamnito steno kanala. Z modelom, ki bo presegal klasično enodimenzionalno paradigmo, bomo raziskovali strukturo toka, hitrosti raztapljanja in razvoj nekaterih tipičnih stenskih oblik. Model bo temeljil na enodomenskem konceptu in diskretizaciji z lokalno brezmrežno metodo. Drugi primer bo obravnaval pretakanje, prenos snovi in razvoj kraške vadozne cone. Obravnavali bomo gravitacijski tok vode skozi delno nasičen porozno-razpoklinski medij. Kompleksnost geometrije in večfazna narava problema narekujeta uporabo modernih metod. Predvideni model bo temeljil na osnovi Lattice-Bolzmannove metode in metode Hidrodinamike Zglajenih Delcev (SPH). V tretjem primeru bomo z že obstoječimi modeli obravnavali razvoj mreže kraških kanalov v različnih pogojih. Cilj sklopa je sistematično povezati prostor parametrov, ki karakterizira tipična okolja zakrasevanja, z geometrijo mreže kraških kanalov, ki pri tem nastane. Rezultate vseh treh sklopov bomo obravnavali v kontekstu že obstoječih in na novo pridobljenih rezultatov terenskih meritev. V projekt bodo sodelovali trije slovenski partnerji, Inštitut za raziskovanje krasa ZRC SAZU (IZRK), Laboratorij za večfazne procese Univerze v Novi Gorici (LVP) in visoko tehnološko podjetje C3M d.o.o. Vsi skupaj združujejo znanje in izkušnje o krasu in naprednih numeričnih metodah. Pri projektu bo sodelovala tudi skupina iz Svobodne Univerze v Berlinu (FUB).

Raziskovanje krasa je vse bolj usmerjeno v razumevanje temeljnih procesov in mehanizmov, ki so bistveni za razvoj, lastnosti in pojavne oblike na krasu. Kvantitativni modelski pristopi dobivajo v krasoslovju vse večji pomen, saj kras s kompleksnostjo in mnogoterostjo procesov ponuja številne nerešene izzive. V projektu smo obravnavali niz problemov, ki so v središču pozornosti krasoslovja. Odkrili smo nove mehanizme speleogeneze, predstavili nove pristope pri modeliranju podzemnega toka in modeliranju raztapljanja kamnin na krasu. Rezultate projekta smo uspešno predstavili mednarodni znanstveni javnosti in s tem že vzpodbudili nove raziskave na tem področju znanosti. Številne pobude za sodelovanje, ki smo jih prejeli, so jasen dokaz za to.

Slovenija je dežela klasičnega krasa, kjer so bili kraški pojavi najprej deležni znanstvene obravnave. Inštitut za raziskovanje krasa ZRC SAZU je vodilna krasoslovna inštitucija v svetu. Seveda pa to mesto lahko ohranimo le z novimi izvirnimi prispevki, ki pomenijo mejnike v krasoslovju. Ne dvomimo, da jih je omenjeni projekt dal kar nekaj. Po drugi strani pa je projekt združil raziskovalce z različnih področij (kras, modeliranje), ki že konkretno razmišljajo tudi o sodelovanju v prihodnosti.