Ученые построили модель оползней, вызывающих цунами

Ученые из Московского Физико-технического института вместе со своими коллегами из Нижнего Новгорода смогли спроектировать модель оползневых масс, которые вызывают цунами. Они выявили зависимость силы цунами от позиции земли и наклона берега. С помощью такого моделирования становится возможным прогнозирование оползневых цунами в будущем и анализ цунами, которые уже произошли.



В последние годы в мире происходили мощные цунами, перед появлением которых не были зафиксированы подземные толчки. Ученые пришли к выводу, что причиной этих цунами могли быть сильные подводные оползни. Для того чтобы правильно рассчитать силу накрывающей волны, необходимо проанализировать оползневые массы. Это является самой важной и трудной проблемой в этой задаче.

Сложность заключается в трудно рассчитываемых показателях нелинейного наката волны, ее рассеивания, силы обрушения на берег и сложным рельефом шельфа. Еще одним важнейшим показателем в данной модели является метод, с помощью которого рассчитывается движение масс подводных оползней.



Самыми популярными методами в моделировании оползневых цунами стали: модель твердого блока и вязкой (вязкопластичной) жидкости. При использовании первой модели движение оползня описывается с помощью динамики твердых тел, а воспроизведение, возникающей при этом волны – с помощью уравнений мелкой воды. Во время использования второй модели используют только уравнения мелкой воды. С их помощью рассчитывают как движение оползневых масс, так и возникновение водных масс.

При попытках усовершенствовать эти методы, ученые стали брать в расчет особенности движения оползней, однако основой моделирования всё же оставалась гидродинамика. Из-за этого невозможно точно описать структуру оползня и его механические свойства при скольжении. Для того чтобы смоделировать движения оползня, необходимо знать реальные физические характеристики оползневых масс в движении.

Российские ученые использовали упругопластическую модель, которая была разработана в 2000 году. Данная модель позволяет учитывать структуру оползневых масс, процессов, происходящих в нем и физические свойства скольжения оползня.

Данная модель была построена с помощью программного кода FLAC3D, который проводить расчеты в области трехмерных задач механики сплошных сред. Это позволяет моделировать объект с помощью многогранников, которые образуют трехмерную сетку, повторяющую форму исследуемого объекта. При данном способе моделирования поведение каждого элемента соответствует заданным законам напряжения и деформированния в ответ на приложенные силы или граничные условия. При этом сетка меняет форму и перемещается вместе с материалом, который она представляет.


При проведении моделирования, оказалось, что один и тот же оползень с одинаковым внешним воздействием на него, образует волны разной величины и силы. Большое влияние на этот процесс оказывает местоположение оползневых масс на шлейфе.
В моделях, которые используются для прогнозирования чаще всего этот факт не учитывается, так как анализ движения масс проводится с учетом стационарного склона. Еще одним важным фактором в моделировании оползневых цунами оказались свойства осадков на склоне. Выявилось, что максимальное воздействие на склон происходит, когда оползень находится на сухом берегу.
Академик РАН Леопольд Лобковский, заведующий лабораторией геофизических исследований Арктики и континентальных окраин Мирового океана МФТИ рассказал об усовершенствованном методе. Как он подчеркнул, данный метод не новый. Ученые усовершенствовали его внеся в его расчеты дополнительные граничные условия. При расчётах модели было выявлено, что изменение береговой линии напрямую зависит от местонахождения оползневых масс, которые приводят в движение прибрежную часть дна. По словам ученого, этот факт позволяет узнать приблизительное местоположение оползня уже после, произошедшего цунами. Он признался, что это довольно сложный и трудоемкий процесс. Однако Лобковский выразил надежду, что ученые вернуться к своим исследованиям в этой области и у них получится разработать модель, которая будет выявлять точные местонахождения оползней и их характеристики.