Forskere udvikler en model til bedre at forstå de kræfter, der genererer tsunamier

Ordet "tsunami" bringer øjeblikkeligt tankerne om den ødelæggelse, som disse unikke kraftfulde bølger kan forårsage. De tsunamier, vi oftest hører om, er forårsaget af undersøiske jordskælv, og de bølger, de genererer, kan rejse med hastigheder på op til 250 miles i timen og nå titalls meter høje, når de lander og går i stykker. De kan forårsage massive oversvømmelser og hurtige omfattende ødelæggelser i kystområder, som det skete i Sydøstasien i 2004 og i Japan i 2011.

Men betydelige tsunamier kan også skyldes andre begivenheder. Det delvise sammenbrud af vulkanen Anak Krakatau i Indonesien i 2018 forårsagede en tsunami, der dræbte mere end 400 mennesker. Store jordskred, som sender enorme mængder affald i havet, kan også forårsage tsunamier. Forskere vil naturligvis gerne vide, hvordan og i hvilket omfang de kan være i stand til at forudsige tsunamis egenskaber under forskellige omstændigheder.

De fleste modeller af tsunamier genereret af jordskred er baseret på tanken om, at en tsunamis størrelse og kraft bestemmes af tykkelsen, eller dybde, af jordskredet og hastigheden på "fronten", når den møder vandet. I et papir med titlen "Ikke -lineære regimer af tsunamibølger genereret af et granulært sammenbrud, "offentliggjort online i Journal of Fluid Mechanics , UC Santa Barbara maskiningeniør Alban Sauret og hans kolleger, Wladimir Sarlin, Cyprien Morize og Philippe Gondret på Fluids, Automation and Thermal Systems (FAST) Laboratory ved University of Paris-Saclay og det franske nationale center for videnskabelig forskning (CNRS), kaste mere lys over emnet. (Artiklen vises også i tidsskriftets trykte udgave 25. juli.)

Dette er det seneste i en række papirer, teamet har offentliggjort om miljøstrømme, og på tsunamibølger genereret af især jordskred. Tidligere i år, de viste, at hastigheden af ​​et sammenbrud - dvs. den hastighed, hvormed jordskredet bevæger sig, når det kommer i vandet - styrer amplituden, eller lodret størrelse, af bølgen.

I deres seneste forsøg, forskerne målte omhyggeligt mængden af ​​det granulære materiale, som de derefter frigav, får det til at kollapse som en klippe ville, ind i en lang, smal kanal fyldt med vand. De fandt ud af, at mens tætheden og diameteren af ​​kornene inden for et jordskred havde ringe effekt på bølgens amplitude, kornets samlede volumen og væskens dybde spillede meget mere afgørende roller.

"Når kornene kommer ind i vandet, de fungerer som et stempel, hvis vandrette kraft styrer bølgedannelsen, herunder dens amplitude i forhold til dybden af ​​vandet "sagde Sauret. (En tilbageværende udfordring er at forstå, hvad der styrer stemplets hastighed.)" Eksperimenterne viste også, at hvis vi kender geometrien i den indledende søjle [materialet, der strømmer i vandet], før det kollapser og dybden af vandet, hvor det lander, vi kan forudsige bølgens amplitude. "

Teamet kan nu tilføje dette element til den udviklende model, de har udviklet for at koble dynamikken i jordskredet og generationen af ​​tsunamien. En særlig udfordring er at beskrive overgangen fra et indledende tørskred, når partiklerne adskilles af luft, til en undersøisk granulær strømning, når vandet har en vigtig indvirkning på partikelbevægelse. Når det sker, kræfterne, der virker på kornene, ændres drastisk, påvirker den hastighed, hvormed forsiden af ​​korn, der udgør jordskredet, kommer ind i vandet.

I øjeblikket, der er et stort hul i forudsigelserne af tsunamier baseret på forenklede modeller, der tager hensyn til feltets kompleksitet (dvs. geofysikken) men fanger ikke jordskredets fysik, når det kommer ind i vandet. Forskerne sammenligner nu dataene fra deres model med data indsamlet fra real-life casestudier for at se, om de korrelerer godt, og om nogle feltelementer kan påvirke resultaterne.