Подводные лавины смоделированы учеными

Нефтяные платформы могут подвергаться воздействию из-за извержения подводных вулканов. Кроме того, эти подводные стихии могут вызывать возникновение на поверхности смертоносных по силе и размерам цунами. Но твердые породы  образуют на дне сложную смесь из гранул, что затрудняет понимание всех процессов, которые происходят на дне.  Французские ученые предложили двухмерную модель, в которой предлагается оценить, как происходит обрушение стены, состоящей из таких гранул, при этом для каждой составляющей части отдельно рассчитываются все силы, которые оказывают на нее воздействие. По результатам этого моделирования, становится ясно, что в процессе обрушения, подводные лавины подвергаются двум противодействующим воздействиям, сначала они стремятся затормозить падение, а затем равномерно рассыпаются по всему дну. Эта модель в недалеком будущем может помочь в плане моделирования тех рисков. Которые возникают в подводной среде. Кроме того, это позволит оптимизировать методы обработки в водной среде, которые сегодня применяются и в пищевой, и  в сталелитейной промышленности.

Напомним, что в 1929 году было впервые зафиксировано воздействие подводной лавины, которая была вызвана подводным землетрясением, произошедшем недалеко от побережья Ньюфаундленда. Эта лавина распространилась на расстояние в 400 миль, при этом были повреждены порядка 12 кабелей телеграфа, протянувшихся по дну Атлантического океана. Только подводные тектонические процессы могут вызвать такие площади поражения. Но до сих пор ученые не придавали этому явлению должного внимания, все было сосредоточено на том, что происходит на земле, оползни и лавины в горных районах занимали их гораздо больше. Вообще, моделировать процессы, происходящие в водной среде достаточно сложно, ведь вода с одной стороны, способствует замедлению распространения лавины, а с другой стороны, благодаря взаимному движению друг относительно друга, получается скольжение, которого нет в обычных условиях. В предыдущих исследованиях процесс моделировался в упрощенной форме – к небольшому количеству гранул, добавляли значительный объем воды. И эти методики не могли дать детальных результатов из-за того, что в тех смесях, которые используются в промышленности и науке, гранулы с водой смешаны практически в одинаковой пропорции.

University of Montpellier 2 – группа французских ученых решила  произвести моделирование того, каким образом происходит распространение потоков гранул в водной среде.  Аналогичные работы уже производились с сухими смесями. Здесь были поставлены те же задачи, необходимо определить, как будет происходить обрушение уступа при воздействии на него силы тяжести. Чтобы облегчить это вычисление, ученые разделили весь процесс на некоторый дискретные промежутки времени и для каждого из них рассчитали те силы, которые оказывают воздействие на гранулы, имеющиеся в жидкой среде. Этот расчет напоминает уравнения, применяемые для сухих смесей, но здесь добавлен вклад когезии и  давления, которые характерны для жидкости. Так как эти измерения предполагают задействовать большое количество ресурсов, то было решено производить расчеты в двухмерном формате.

И этот выбор не случаен, ведь двухмерные модели, которые были предложены для сухих гранулированных смесей, показывают большую корреляцию с теми же расчетами, но в объемном «разрезе».  У вычислительного эксперимента были представлены разные варианты и параметры системы, с добавлением воды или в виде сухой смеси. При этом, хотя разрушение распространялось в обоих случаях на равное расстояние, заметно было, как отличается время протекания этого процесса. В воздухе процесс распространения волны происходит в два раза быстрее, чем это можно видеть в подводной модели.

Это объясняется, по мнению команды ученых тем, что средняя кинетическая энергия системы в разных моделях будет отличаться. Из-за того, что в подводной модели присутствует жидкость, гранулы теряют часть своей энергии при перемещении, но жидкость позже отдает эту энергию, поддерживая движение и распространение частиц на то же расстояние, что и на открытом воздухе. В ближайшем будущем французские ученые хотят добавить в исследование и третье измерение, в котором будет передано то, как волны жидкости воздействуют на всю систему.  Это поможет ученым оценивать риск возникновения цунами при подводных землетрясениях.  Целый прибрежные районы можно будет обезопасить, предлагая самые точные прогнозы относительно возникновения волн – убийц.