Французькі і американські фізики вирішили знайти модель, яка допомогла б прогнозувати появу цунамі через обвали ґрунту. Скидаючи у басейн з водою скляні кульки, вчені побачили, що вони діють на рідину як поршень, а амплітуда хвилі, що з'являється, пов'язана із параметрами скинутих у воду кульок. Побудована у роботі модель зійшлася з результатами експериментів та дозволить створити підхід до прогнозування таких природних катаклізмів. Робота опублікована у журналі Physical Review Fluids.
Перехідна хвиля, що утворилася за висоти рівня води у 25 сантиметрів та висоти стовпчика кульок у 19 сантиметрів. Wladimir Sarlin et al. / Physical Review Fluids, 2022
Хоча прийнято вважати, що цунамі провокуються землетрусами, хвилі високої амплітуди може спровокувати і зсув з берега у воду ґрунту. Так, наприклад, мегацунамі 1958 року у затоці Літуя, де висота найбільшої хвилі сягнула 524 метрів, спровокував саме зсув ґрунту. Тож фізики з університету Париж-Парле та університету Каліфорнії взялися за створення моделі, яка б допомогла спрогнозувати амплітуду хвилі, що виникне на мілині через падіння у воду ґрунту.
Для цього вчені наповнили резервуар водою та почали скидати у нього купу скляних кульок діаметром у кілька міліметрів, підіймаючи бар'єр так, що падіння кульок нагадувало зсув ґрунту. Взаємодію їх з водою вчені записували на камеру, щоб потім порівняти із моделлю. Якщо початкова глибина рідини порявняно мала до висоти стовпця кульок, їхній колективний рух при розсипанні в основному горизонтальний, а тому вони рухаються подібно поршню, штовхаючи воду. Так можуть з'явитися бори або солітони.
Бор, який утворився від висоти води у 3 сантиметри та купи кульок у 39 сантиметрів. Wladimir Sarlin et al. / Physical Review Fluids, 2022
Якщо ж висота води більша за висоту купи кульок, то частинки мають вертикальний рух, що призводить до формування про нелінійних перехідних хвиль, які вже є більш стабільними за солітони і бори. Збільшення початкової висоти купи кульок за збереження інших початкових параметрів систематично призводить до вищих значень амплітуди хвиль. Так фізики отримали формулу, яка описує залежність висоти купи та амплітуди хвилі, та збігається із результатами експериментів. Звісно, що ці результати дають спрощений опис появи цунамі внаслідок каменепадів чи обвалів скель на мілині і ідеальна мала б включати дані, наприклад, топографії місцевості.
Солітон, що утворився за висоти води у 10 сантиметрів та висотою гірки у 39 сантиметрів. Wladimir Sarlin et al. / Physical Review Fluids, 2022