Упругое цунами

01.12.2005

По мнению российских ученых упругие колебания водного слоя вносят свой вклад в волну цунами

Российские океанологи исследуют механизмам рождения волны цунами. Этот интерес разделяют РФФИ и Программа поддержки ведущих научных школ. Подводное землетрясение, то есть колебание морского дна, не просто рождает волны, но и сжимает толщу воды над очагом. По мнению российских ученых, сотрудников МГУ им. Ломоносова и Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (Южно-Сахалинск), упругие колебания водного слоя вносят свой вклад в волну цунами.

Упругие колебания, во время которых меняется давление воды, и она сжимается, играют роль в рождении цунами, а распространение и накат волны на берег - это уже движение несжимаемой жидкости. Долгое время ученые довольствовались только расчетами, поскольку низкочастотные упругие колебания воды проявляются лишь на больших глубинах, где их трудно зарегистрировать. Но недавно у исследователей появилась возможность проверить свои гипотезы на практике. В 1997 году Япония установила на материковом склоне вблизи Японских островов несколько датчиков, измеряющих придонное давление. Российские океанологи получили данные, записанные этими датчиками во время землетрясения 25 сентября 2003 года, сопровождавшегося четырехметровой волной цунами вдоль юго-восточного берега острова Хоккайдо. Глубина океана в эпицентре землетрясения составляла 1900 метров, а радиус очага цунами ( около 112 км. Условия вполне подходящие для регистрации упругих колебаний. Результаты измерений хорошо совпали с математическими прогнозами российских специалистов.

Анализ записей показал, что океанская толща, растревоженная землетрясением, еще долго дрожит и успокаивается: разница придонного давления составили около398 кПа. По мнению ученых, эти изменения вызваны подъемом морского дна и последующим сжатием водного слоя. Согласно расчетом, морское дно поднималось со скоростью примерно 27 см в секунду и поднялось сантиметров на сорок. Деформация морского дна происходила не одновременно во всем очаге землетрясения, а носила бегущий характер. В той точке, где был установлен датчик, смещение дна заняло секунды полторы, во всем очаге ( 33,5 секунды. Резко поднявшись, дно приподняло и сжало водную толщу, и море еще долго не могло успокоиться. Слой воды сжимался и разжимался примерно 821 секунду (около 13,5 минут) ( время распространения длинной волны цунами. Судя по данным датчиков, колебания придонного давления происходят с частотой, соответствующей частоте упругих колебаний воды.

Ученые отмечают, что при расчете параметров цунами необходимо учитывать осадочный слой, покрывающий океанское дно. При землетрясении колеблются два слоя: водный со свободной поверхностью и осадочный с жесткой нижней границей. Толщина этого слоя значительно варьирует и в некоторых местах достигает двух километров, что создает некоторую неопределенность при расчетах. Однако, с учетом этой неопределенности, а также изменчивости глубины океана и скорости звука в воде, можно определить вклад упругих колебаний воды в общее изменение придонного давления. Расчетные результаты совпадают с полученными на практике, что подтвердило правильность математической модели, созданной российскими учеными, а модель позволит оценить энергию цунами, зародившегося в той или иной точке океана.

Источник: Инфомнаука

©РАН 2020