Ученые описали течение лавы вдоль горного массива

Ученые описали течение лавы вдоль горного массива

Ученые СПбПУ в составе международной научной группы разработали математическую модель, описывающую движение лавы по наклонной плоскости. По их оценкам, эта модель позволит в будущем уменьшить урон от извержений. Результаты исследования опубликованы в научном журнале “Journal of Fluid Mechanics”.

Исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Кембриджского университета (Великобритания) рассчитывали параметры, которые существуют вблизи фронта лавы. «В решении использовалась теория смазки, традиционно применяемая для описания течения тонкого слоя вязкой жидкости», – сообщил доктор физико-математических наук из Высшей школы теоретической механики и математической физики Физико-механического института СПбПУ Виталий Кузькин. Ученые показали, как наклон поверхности влияет на скорость распространения жидкости и форму гравитационного потока. Проект реализован в рамках программы НЦМУ СПбПУ «Передовые цифровые технологии».

Ученые описали течение лавы вдоль горного массива

Виталий Кузькин

Ученые описали течение лавы вдоль горного массива

Герберт ХуппертВиталий КузькинГерберт Хупперт

Как отмечают эксперты, извержения вулканов серьезно влияют на климат земли, приводят к изменениям рельефа и часто сопровождаются массовой гибелью людей. Ущерб от последнего крупного извержения вулкана Кумбре-Вьеха на испанском острове Ла Пальма, которое произошло осенью 2021 года, оценили в более чем 400 млн евро. Потоки раскаленной лавы стремительно двигались в сторону океана, накрыв почти 500 гектаров земли, разрушив более тысячи зданий и 40 километров дорог.

Ученые описали течение лавы вдоль горного массива

«В рамках международного исследования, которое стартовало в 2019 году, мы анализируем течение вязкой жидкости вдоль неровных поверхностей, пытаясь определить, как нужно модифицировать поверхность, чтобы лава растекалась медленнее», – отметил профессор Кембриджского университета Герберт Хупперт, добавив, что сейчас эта научная задача решается в упрощенной обстановке, но в будущем данная математическая модель поможет спасать жизни людей.

Ученые вывели формулы, описывающие движение лавы с учетом перепада давления и влияния силы тяжести. Они доказали, что у этой задачи есть несколько временных масштабов. В начальный момент времени жидкость «не чувствует», что двигается под наклоном, и ее течение хорошо описывается решением для горизонтальной плоскости. Наклон начинает «чувствоваться» спустя некоторое время, обратно пропорциональное углу наклона в степени 5/2.

"На течение вязкой жидкости оказывают влияние два фактора: перепад давления и сила тяжести. В работах профессора Хупперта ранее были получены упрощенные формулы, описывающие влияние данных факторов в отдельности. Такие решения хорошо описывали течение вдоль горизонтальной плоскости и вдоль сильно наклоненной плоскости. Однако было непонятно, как эти решения переходят друг в друга при уменьшении угла наклона. Мы построили математическую модель, учитывающую одновременное влияние двух факторов, и получили решение, работающее при любом угле наклона", – пояснил Виталий Кузькин.

В будущем исследователи планируют усложнить математическую модель, чтобы учесть сложную криволинейную поверхность реальных горных массивов. Кроме того, российские и международные ученые намерены сравнить влияние наклона и кривизны поверхности на течение лавы. Теоретические результаты группы профессор Хупперт будет проверять в реальных экспериментах и использовать для интерпретации данных, получаемых при извержении вулканов.

Ученые описали течение лавы вдоль горного массива

Добавить комментарий

Adblock
detector