Специалисты в области математики провели масштабное исследование внутренних волн, формирующихся в океане после подводных вулканических извержений. Учёные проанализировали, как характеристики этих волн зависят от глубины океанских вод и размеров взрывного очага. Результаты показали, что максимальная амплитуда в первой волновой группе возникает не мгновенно, а через определённый промежуток времени. Полученные выводы открывают новые возможности для прогнозирования последствий природных явлений и создания эффективных систем безопасности.
Водная толща океана представляет собой многослойную структуру, где каждый уровень отличается уникальными свойствами температуры, плотности и солёности. На стыке этих слоёв под воздействием внешних факторов — от ветра до сейсмической активности — возникают внутренние волны. Их образование связано с восстановлением баланса между слоями: при смещении границ вода стремится вернуться в исходное положение благодаря силам плавучести. Интересно, что амплитуда таких волн может достигать 150 метров, что значительно превышает параметры поверхностных волн, благодаря меньшему перепаду плотности между водными слоями.
Хотя скорость распространения внутренних волн не превышает десятков сантиметров в секунду, их энергетический потенциал способен воздействовать на подводную инфраструктуру. Истории известны случаи, когда эти природные явления становились причиной повреждения трубопроводов, размыва донных участков и даже аварий подводных судов. Например, три субмарины — американские Thresher и Scorpion, а также индонезийская Nanggala-402 — могли погибнуть из-за воздействия мощных внутренних волн.
«Традиционно главное внимание при подводных извержениях уделяется цунами с их разрушительными 30-метровыми волнами у побережья, — отмечает Екатерина Диденкулова, соавтор исследования. — Однако наблюдения за извержением в архипелаге Тонга в 2022 году впервые продемонстрировали значительную роль внутренних волн, что стало толчком для углублённого изучения их природы».
Для моделирования волновых процессов учёные применили параболическую каверну Ле Меоте — метод, успешно зарекомендовавший себя в расчётах поверхностных волн. Особенность подхода заключается в учёте поведения изопикн — линий равной плотности воды, которые изгибаются аналогично водной поверхности при вулканической активности.
Результаты расчётов выявили интересную закономерность: внутренние волны формируют группы с частотной модуляцией, где первая группа обладает наибольшей мощностью. Важно, что амплитуда волн сохраняет стабильность даже на значительных расстояниях от эпицентра, что позволяет использовать спутниковые технологии для раннего обнаружения угроз. Это открытие значительно повышает точность прогнозов и помогает минимизировать последствия стихийных бедствий.
«На примере извержения Кракатау в 1883 году видно, что внутренние волны сохраняют опасный потенциал даже на расстоянии 300 км, — поясняет Ефим Пелиновский, участник исследовательской группы. — При исходной высоте волны 200 метров в эпицентре, её величина через сотни километров может достигать 10 метров, оставаясь существенным фактором риска».
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
