Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Ван Дорн [651, 654] выполнил лабораторные эксперименты по моделированию цунами, возбужденного аляскинским землетрясением 28/Ш 1964 г. Эксперименты были выполнены в волновом лотке длиной 27 м. В одном конце лотка находился мелководный участок длиной 5 м и глубиной 3,3 см. На следующих 3 м глубина увеличивалась от 3,3 до 31,5 см и остальные 19 м имели одинаковую глубину 31,5 см. Согласно Ван Дорну [654, с. 40], применимость этой модели следующая: «В масштабе 1:17 000 эта модель представляет участок континентального шельфа, нормального к оси разлома, с полушириной 90 км и глубиной 565 м, спускающегося с соответствующим уклоном к постоянной глубине 5400 м, соответствующей эффективной глубине, вычисленной для пути движения волны к о. Уэйк...»
Механизм волнопродуктора состоял из длинного поршня, подвешенного на одном конце, который при подъеме в верхнее положение находился над самой поверхностью воды, а при опускании погружался на глубину 1 см. Ширина поршня (6,4 см) по сравнению с шириной лотка (40 см) была невелика. Согласно Ван Дорну, при быстром опускании поршня могла образоваться положительная полуволна с максимальной амплитудой 0,25 см и длиной 5 м. Для измерения движения поршня служил датчик смещения, а датчики давления использовались для измерения высот волн в четырех различных точках: Т\ — на мелководном конце лотка, T2 — на 5 м, где глубина начинает увеличиваться, T3 — на 8 м, где глубина возрастает до полного значения, и T4 — в глубоководном конце лотка.
Было проделано большое количество экспериментов при различных начальных условиях и скоростях поршня. Ван Дорн [654] отобрал и включил в свою работу две записи, которые были близки к данным самописцев уровня моря на о. Уэйк. На рис. 2.18 (кривая T0) показано примерно синусоидальное движение поршня из своего нижнего, центрированного относительно поверхности положения вверх с последующим возвратом в начальное положение примерно через 8 с; такой ход моделирует первоначальное опускание морского дна, сопровождаемое некоторым подъемом.
90
Ван Дорн [654, с. 42] интерпретировал рис. 2.18 следующим образом: «Записи дают временной ход уровня в точках регистрации с учетом отражения от дальнего конца канала. Кривая T2 показывает, что цунами на краю континентального шельфа состоит из головной ложбины, сопровождаемой двойным импульсом (А). Отраженный цуг волн, зарегистрированный в той же точке (?), имеет более мелкую ложбину и дисперсный цуг, что напоминает мареограмму на о. Уэйк».
т у \ 10__20_3I__5A_6S0
Рис. 2.18. Записи модельных экспериментов для поршня, двигающегося от положения в центре дна с периодом 8 с [654].
Выше описывались эксперименты Уильямса и Джордана [697] по воспроизведению так называемых двугорбых волн. Имеется некоторая аналогия между двугорбыми волнами и волнами от двойных импульсов в экспериментах Ван Дорна. Последний также оценил полуширину источника следующим образом: пусть на рис. 2.19 t\ и t2 — время прихода первого гребня на край шельфа (на кривой T2) и в некоторую другую точку, например соответствующую кривой Г4. Длительность импульса в t = t\ будет 2t\, так как он состоит из прямой волны и отраженной от конца лотка в точке Т\. Длина импульса в точке Tk может быть представлена следующим соотношением, основанным на приближении длинных волн:
(2.49)
Если а — полуширина шельфа, то
VgDi %
(2.50)
91
Из выражений (2.49) и (2.50) получаем
'-{¦T-TV1P- <2-5»
Основываясь на рис. 2.18, Ван Дорн использовал следующие значения: A^ = 24,5 с, ^=8,5 с, = 21,5 с и Di = 3,3 см. Он подставил их в уравнение (2.51) и получил а = 525 см, что хорошо согласуется с шириной шельфа в модели (500 см). Для данных самописца уровня моря на о. Уэйк он принял A^ = = 80 мин, ^2 = 417 мин и D{ = 100-^200 м, что дало а = 23 км для Dx = 100 м и а = 33 км для Di = 200 м. Эти значения как
Рис. 2.19. Запись модельного эксперимента для одного быстрого движения поршня, соответствующего поднятию шельфа [654].
раз «берут в вилку» зону между изобатой 200 м и предполагаемой осью максимального подъема, равную 30 км.
Эксперименты по подводным оползням, обвалам в воду и мутьевым потокам
Вигель [690] при помощи лабораторных экспериментов исследовал систему гравитационных волн, образованных при движении подводного объекта. Это делалось для выяснения возможности возникновения цунами из-за дипольного возмущения типа подводного оползня, что, согласно Шеппарду [573] и др.,
92
маловероятно. Вигель указал, что его эксперименты также хорошо применимы к случаю, когда вертикальное движение одного блока компенсируется равным движением другого блока в противоположном направлении.
В более ранней работе Зауэра и Вигеля (не опубликована) волна возбуждалась крупным гравием, который быстро высыпался с железного листа в один из концов лотка. Однако это не создавало планируемого оползня, а получался сброс. Поэтому в более поздних экспериментах для моделирования подводного оползня они использовали ящик, сползающий по наклонной плоскости. Позже Вигель [690] выполнил опыты, в которых погружаемое тело падало вертикально в воду различной глубины с различной высоты. Были также проделаны эксперименты при различных уклонах плоскости, по которой сползало погруженное тело. Большинство экспериментов было сделано в волновом лотке размером 18,3X0,3X0,9 м при глубине воды 0,76 м. Хотя на дальнем конце канала для уменьшения отражения волны был устроен наклонный пляж, некоторое отражение все-таки наблюдалось, особенно после второго гребня.
