Могучие оползни разжижаются от вибраций

«Ха-ха-ха, тупой оползень, меня не достанешь!» – кричит зевака, показывая факи, как вдруг его сметает штурцштром! Большинство оползней распространяются по горизонтальной поверхности на расстояние, менее чем в два раза превышающее высоту, с которой сходят обломки грунта. Но оползни редкого типа с немецким названием sturzstrom способны пробегать в 20, а то и в 30 раз больше высоты падения. Такие даже могут принести разрушения в города, которые стоят далеко от горки и, казалось бы, в безопасности. Как им это удается?

Штурцштром? Оползень объемом 30 млн кубометров пробежал 4,5 км в округе Меса, штат Колорадо (США), в мае 2014 года. Фото: Jon White.

«Больше века известно, что продвижение очень крупных сухих оползней напоминает жидкость, – отмечает геофизик Джей Мелош, заслуженный профессор Университета Пердью. – Их скорость достигает ста миль в час, они путешествуют на десятки и сотни километров от источников и даже могут двигаться в горку, заваливая собой удивительно огромные площади. Однако механизм того, как эти сухие кучи камней приходят в жидкообразное состояние, остается тайной».

Ученые выдвигали разные гипотезы на этот счет: то ли каменюки плывут на воздушной подушке, то ли движутся по слою воды или льда, снижающему трение. Вот только такие штурцштромы происходят и на других планетах и спутниках Солнечной системы, где нет ни воды, ни воздуха, ни подушек. В 1979 году Милош предположил, что крупные оползни создают вибрации, распространяющиеся по грунтовой массе и уменьшающие трение, что позволяет им продвигаться на гораздо большие расстояния, чем мелким оползням. Это как если вас спустить с горки, чтобы вы пружинили телом по булыжникам, – тогда вы явно дальше улетите, чем если просто попытаться скатить вас по ровному склону.

В 1995 году Чарльз Кэмпбелл из Университета Южной Калифорнии создал компьютерную модель, в которой сымитировал поведение протяженных оползней при участии одного лишь фактора динамических взаимодействий камней друг с другом, без всяких воздушных подушек и воды. Но из-за технических ограничений того времени (тогда и компьютеров-то ни у кого не было, только калькуляторы) определить конкретный механизм снижения трения не представлялось возможным.

И вот теперь, 20 лет спустя, Брэндон Джонсон из Брауновского университета воскресил ту модель, подкрутил немножко, запустил у себя на мощном компе и убедился: вибрации действительно снижают эффективное трение в оползне. Частично это трение зависит от гравитации, но вибрационные волны способны ей кратковременно противостоять, и тогда камни скользят себе в удовольствие, словно маслом «Доярушка» обмазанные. Поскольку вибрации воздействуют на разные обломки потока в разные моменты времени, в целом поток имеет тенденцию двигаться на манер жидкости. И это как бы подтверждает идею Мелоша, предложенную во времена, когда даже калькуляторов ни у кого не было, чтобы ее просчитать.

«У нас с Кэмпбеллом долгое время было дружеское соперничество, и он не верил в то, что мой механизм акустической флюидизации может объяснить его симуляции, утю-тю-тю! – говорит Джей Мелош. – А вот благодаря аккуратному анализу Брэндона дебатам настал конец. А еще нам троим так весело было работать вместе, ха-ха-ха!» И тут профессора от громкого смеха завалил штурцштром, поэтому высказываться теперь будет другой комментатор.

«Выяснение причин, почему эти оползни так далеко продвигаются, – это на самом деле первый шаг к пониманию того, когда и где они могут произойти в будущем», – полагает Брэндон Джонсон. И не только оползни: акустическая флюидизация может играть роль в скольжении по линиям разлома в горных породах перед землетрясениями. «Этот эмерджентный феномен возникает из простых взаимодействий индивидуальных частичек, – продолжает геофизик. – Наша работа предполагает, что все, что нужно для этого, – достаточный объем материала. И это подводит к нелицеприятному заключению, что оползни могут случиться практически где угодно». И тут его завалил штурцштром.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: Brown University
Научная статья: Journal of Geophysical Research: Earth Surface (Johnson et al., 2016)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если хотите поделиться информацией с вашими друзьями и подписчиками, обязательно ставьте активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Лавина овец
Остров Падлопинг: место, где скрывается земной примордий
Плинианское извержение и вулканический пепел (комикс)


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение