Математики НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде и Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН изучили внутренние волны, формирующиеся в океане после извержения подводного вулкана. Учёные рассчитали изменение волн в зависимости от глубины океана и радиуса очага взрыва. Полученные данные показывают, что самая сильная волна в первой группе не приходит сразу, а спустя значительное время. Эти результаты помогут прогнозировать последствия извержений и заранее подготовиться к возможным угрозам. Статья опубликована в Natural Hazards. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
В океане образуются слои воды с разными температурами, плотностью и соленостью. На границе этих слоев возникают внутренние волны из-за смещения верхнего и нижнего слоёв под влиянием ветра, течений, землетрясений, вулканических извержений и других внешних сил. Граница колеблется, стремясь вернуться в исходное положение под действием сил плавучести. Вследствие небольшого перепада плотности между слоями внутренние волны имеют большую амплитуду (обычно 5–20 метров, иногда до 150 метров) по сравнению с волнами на поверхности, где перепад плотности между водой и воздухом значителен.
Несмотря на то, что скорости внутренних волн малы и составляют несколько десятков сантиметров в секунду, могут представлять серьезную угрозу гидротехническим сооружениям, подводным газо- и нефтепроводам, а также приводить к размыву дна. Гибель как минимум трёх подводных лодок связывают с действием внутренних волн: двух американских атомных — Thresher в 1963 году и Scorpion в 1968 году, и индонезийской дизельной Nanggala-402 в 2021 году.
Извержения подводных вулканов и землетрясения представляют наибольшую опасность высокими поверхностными волнами цунами, способными достигать 30 метров на побережье и наносить значительный урон. Внутренние волны при этом обычно не учитываются. статье Впервые о наблюдении внутренних волн при извержении вулкана архипелага Тонга в 2022 году сообщили китайские коллеги. Именно это вызвало интерес к изучению их характеристик, – говорит соавтор исследования, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории динамических систем и приложений НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде Екатерина Диденкулова.
При расчётах волн цунами от взрывов в воде, извержений подводных вулканов и падений метеоритов в воду применяется модель параболической каверны Ле Меоте. В качестве очага волн цунами была выбрана именно эта каверна, потому что кривые изопикн над подводным вулканом искривляются так же, как поверхность воды.
Расчеты демонстрируют, что внутренние волны при извержении подводного вулкана формируются в группах с частотно-модулированной структурой, причем первая группа обладает наибольшей амплитудой. Характеристики групп зависят от соотношения толщин слоев воды, радиуса очага и расстояния до него. Даже на сравнительно небольших расстояниях от очага амплитуды волн меняются медленно, что позволяет определять очаг цунами по внутренним волнам с использованием дистанционных средств регистрации морской поверхности. Это дает дополнительную информацию о цунами и может снизить ущерб от стихийного бедствия.
Амплитуды волн в отдалении составляют проценты от высоты очага, но в реальных измерениях могут достигать нескольких метров. Например, извержение вулкана Кракатау в 1883 году имело высоту 200 метров и радиус 3 километра. Расчёты показывают, что на расстоянии 300 километров высота внутренней волны может быть около 10 метров и оставаться опасной.
Информация предоставлена пресс-службой НИУ ВШЭ
Источник фото: ru.123rf.com