MIPT-onderzoekers Leopold Lobkovsky en Raissa Mazova, en hun jonge collega's van de Nizhny Novgorod State Technical University hebben een model gemaakt van door aardverschuivingen veroorzaakte tsunami's dat de oorspronkelijke locatie van het aardverschuivingslichaam verklaart. Gemeld in Aardverschuivingen , het model laat zien dat de hoogte van de tsunami wordt beïnvloed door de kusthelling en de positie van de landmassa voordat deze wegglijdt. De hoogste en meest verwoestende golven zijn het gevolg van aardverschuivingen op het land. Dit besef zal toekomstige voorspellingen van tsunami's nauwkeuriger maken, evenals het verstrekken van diepere inzichten in gebeurtenissen uit het verleden.

De afgelopen decennia hebben ongewoon grote tsunami's plaatsgevonden die bronnen op de plank hadden en niet altijd gepaard gingen met seismische gebeurtenissen. In plaats daarvan, de onderliggende oorzaak kan een geheel of gedeeltelijk onderwater aardverschuiving zijn.

Onderzoekers komen met modellen om golfoploop naar de kust te voorspellen na een aardverschuiving op een onderwaterhelling. Het uitdagende deel is om rekening te houden met de niet-lineaire aard van golfoploop en -afloop, evenals de complexe geometrie van de plankzone. Een andere belangrijke factor in het hart van de modellen is de techniek die wordt gebruikt om de massabeweging van de aardverschuiving te berekenen.

Er zijn een aantal door aardverschuivingen veroorzaakte tsunami-modellen ontwikkeld, waarvan er twee het meest worden gebruikt. De zogenaamde rigid-block-modellen gaan uit van een solid-state perspectief op de beweging van de aardverschuiving, met ondiepwatervergelijkingen die het genereren van oppervlaktewatergolven regelen. Modellen van het andere type, ook wel viscoplastisch genoemd, zijn gebaseerd op vergelijkingen in ondiep water om zowel de opwekking van oppervlaktegolven als de beweging van aardverschuivingen te beschrijven.

Ondanks een aantal verfijningen die enkele kenmerken van massale aardverschuivingen verklaren, de modellen zijn tot nu toe hydrodynamisch van aard gebleven. Dit betekent dat ze niet nuttig zijn voor het analyseren van de gedetailleerde structuur van het aardverschuivingslichaam of de kenmerken van de bestanddelen ervan tijdens de slip. Maar tenzij de feitelijke fysieke eigenschappen van de aardverschuivingsmassa worden overwogen, het modelleren van zijn beweging is problematisch.

De studie die in dit verhaal wordt beschreven, maakt gebruik van een elastoplastisch model dat in 2000 werd gepresenteerd door Igor Garagash en Leopold Lobkovsky. Het verklaart de gedetailleerde structuur van het aardverschuivingslichaam en de mechanische kenmerken van de landmassabestanddelen tijdens de slip, evenals het opnemen van de processen die plaatsvinden in het aardverschuivingslichaam. De modelimplementatie in de studie was gebaseerd op de programmeercode FLAC 3-D, die berekeningen mogelijk maakt onder een expliciet eindig-verschilschema voor het oplossen van driedimensionale problemen van continuümmechanica.

De onderzoekers ontdekten dat de golfoploop naar de kust aanzienlijk varieerde, afhankelijk van de initiële positie van het aardverschuivingslichaam op de helling van de plank, zelfs als de andere parameters vast waren.

"In tegenstelling tot andere modellen, waar de tsunami-golf de oorspronkelijke kusthelling beklimt, hier wordt het hellingsoppervlak continu getransformeerd tijdens de aardverschuivingsbeweging, " studie co-auteur Raissa Mazova van MIPT uitgelegd. "Met andere woorden, op elk moment, de tsunami-aanloop vindt plaats op een nieuw oppervlak van de kusthelling, wat leidt tot een complexe verplaatsing van de kustlijn. Een dergelijk effect is nog niet eerder bereikt, en het is onmogelijk om binnen het kader van de beweging van een aardverschuiving als een vast lichaam of binnen het kader van een stroperig model te verkrijgen."

Ook de rol van de sedimentlaag op het talud bleek aanzienlijk. De numerieke simulatie voorspelt maximale aanloop op de helling voor tsunami's veroorzaakt door aardverschuivingen die zich aanvankelijk op een droge kust bevonden.

"In plaats van te proberen een nieuwe methode te implementeren voor het berekenen van een aardverschuivingsmodel, we gebruikten een bekend model, aanvullende randvoorwaarden invoeren, " merkte Leopold Lobkovsky op, een lid van de Russische Academie van Wetenschappen en het hoofd van het MIPT Laboratory of Geophysical Research of the Arctic and Continental Margins of the World Ocean. "Onze bevindingen tonen aan dat de kustlijndynamiek aanzienlijk afhangt van de initiële locatie van het aardverschuivingslichaam, waarbij het kustlijnpunt mogelijk verschuift. Deze functie kan ons in staat stellen om wat informatie af te leiden over de locatie van de onderzeese aardverschuiving door het omgekeerde probleem op te lossen nadat een tsunami heeft plaatsgevonden."

"Echter, het inverse probleem is vrij moeilijk op te lossen, zelfs bij het bepalen van de locatie van de seismische bron van een tsunami, en het is niet altijd mogelijk om adequate resultaten te bereiken. Dat gezegd hebbende, daarvoor zijn we al begonnen met een studie, en hopen de locaties van de aardverschuivingen in te schatten en inzicht te krijgen in hun aard, ’ voegde de onderzoeker eraan toe.