Учёные из МФТИ совместно с коллегами из Нижнего Новгорода смоделировали оползневые цунами с учётом начального положения оползневой массы. Их работа поможет прогнозировать будущие цунами и лучше понять причины уже случившихся. Результаты опубликованы в журнале Landslides.
В последние десятилетия наблюдались аномально сильные цунами, зарождавшиеся на шельфе и в некоторых случаях не сопровождавшиеся сейсмическими толчками. Причиной этих волн может быть полностью или частично подводный оползень достаточно большой мощности. Задача расчёта наката цунами на берег при сходе оползня на подводном склоне — одна из важнейших и сложнейших в этой области. Сложность проблемы связана с необходимостью учитывать нелинейный характер наката, рассеяния и обрушения волн, а также сложную геометрию шельфовой зоны. Кроме того, очень важен способ расчёта движения оползневых масс. Для моделирования цунами, вызванных оползнями, существует ряд моделей, наиболее популярными из которых стали модель жёсткого блока и модель вязкой или вязкопластичной жидкости. В моделях первого типа движение оползня описывается в рамках динамики твёрдого тела, а для генерации поверхностных водных волн используются уравнения мелкой воды. Во втором типе моделей уравнения мелкой воды используются как для движения оползня, так и для описания генерации поверхностных водных волн. Последующие улучшения моделей учитывали некоторые особенности движения оползневых масс, но оставались гидродинамическими в основе. Поэтому с их помощью невозможно анализировать детальную структуру тела оползня и механические характеристики составляющих тела во время скольжения. Моделирование движения оползня должно учитывать реальные физические свойства движущейся массы.
Авторы использовали упругопластическую модель, разработанную в 2000 году. Модель учитывает как детальную структуру тела оползня, так и механические характеристики составляющих земляной массы во время процесса скольжения. Берётся в расчёт также характер процессов, протекающих в теле оползня. Модель была реализована с использованием программного кода FLAC3D, позволяющего проводить вычисления в рамках явной конечно-разностной схемы решения трёхмерных задач механики сплошных сред. Область моделирования дискретизирована элементами (многогранниками), образующими трёхмерную сетку, которая соответствует форме моделируемого объекта. Каждый элемент ведёт себя в соответствии с заданным линейным или нелинейным законом напряжения-деформации в ответ на приложенные силы или граничные условия. Сетка деформируется и перемещается вместе с материалом, который она представляет.
Оказалось, что для одного и того же тела оползня с одним и тем же сейсмическим, либо другим динамическим воздействием, величина наката волны на берег существенно зависит от исходного расположения тела оползня на склоне шельфа. Такой эффект не учитывается в наиболее часто используемых моделях, поскольку они рассматривают движение оползня вниз по стационарному склону. Зависимость от свойств имеющихся на склоне осадков также оказалась заметной. Анализ результатов численного моделирования показывает, что максимальное воздействие на склон реализуется при нахождении оползневой массы на сухом берегу.
«Мы не пытались внедрить новую методологию расчета модели оползня, а использовали уже знакомую модель, только внесли в нее дополнительные граничные условия. Наши результаты демонстрируют, что динамика береговой линии существенно зависит от исходного положения тела оползня, который сдвигает прибрежную часть дна. Этот признак может дать некоторую информацию о местоположении подводного оползня с соответствующим решением обратной задачи уже после цунами. Однако хорошо известно, что решение обратной задачи даже при нахождении местоположения сейсмического очага цунами — довольно сложный процесс, который не всегда приводит к адекватным результатам. Мы уже начали исследования в этом направлении и надеемся верно оценить места расположения этих оползней и их характер», — дополняет академик РАН Леопольд Лобковский, заведующий лабораторией геофизических исследований Арктики и континентальных окраин Мирового океана МФТИ.
