Исследование, проведенное геологами из Университета Брауна, Университета Пердью и Университета Южной Калифорнии, описано в Журнале геофизических исследований: поверхность Земли.Расстояние «биения» большинства оползней — расстояние, которое проходят обломки, когда они достигают плоской поверхности — обычно примерно в два раза больше вертикального расстояния, на которое падает оползень. Так что, если горка вырывается на полмили вертикально вверх по склону, можно ожидать, что она закончится примерно на милю.
Но, по словам Брэндона Джонсона, доцента кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах Брауна и руководителя нового исследования, известно, что оползни с длительным течением, также известные как штурцстремы, проходят горизонтальные расстояния в 10-20 раз дальше, чем падают. автор.«Есть несколько примеров, когда эти горки опустошали города, даже когда они находились на кажущемся безопасном расстоянии от горного склона», — сказал Джонсон, который начал изучать эти горки, будучи учеником Джея Мелоша, выдающегося профессора Земли, атмосферы и планет. науки и физика в Университете Пердью.
Одним из таких примеров был оползень в 1806 году, который врезался в деревню Гольдау в Швейцарии и унес жизни почти 500 человек."Уже более века известно, что очень большие сухие оползни движутся подобно жидкости, достигая скорости более 100 миль в час, перемещаясь на десятки и сотни километров от своих источников и даже поднимаясь в гору, когда они обрушиваются. удивительно большие территории », — сказал Мелош, входивший в исследовательскую группу. «Однако механизм, благодаря которому эти очень сухие груды горных пород приобрели текучесть, оставался загадкой».Ученые разработали несколько исходных гипотез.
Возможно, слайды плавали на воздушной подушке, или, возможно, они скользили по слою воды или льда, что уменьшало бы трение, с которым они сталкивались. Но тот факт, что эти типы оползней также происходят на сухих безвоздушных телах, таких как Луна, ставит под сомнение эти гипотезы.В 1979 году Мелош предложил механизм, называемый «акустическая флюидизация», чтобы объяснить эти длительные биения.
Мелош предположил, что горки достаточного размера будут генерировать колебательные волны, которые распространяются через обломки породы. Эти вибрации уменьшают эффект трения, действующего на ползун, позволяя ему перемещаться дальше, чем ползунки меньшего размера, которые не создают такой сильной вибрации.
Этот механизм похож на способ, которым автомобиль с большей вероятностью скользит по ухабистой дороге, чем катится по гладкой.В 1995 году Чарльз Кэмпбелл из Университета Южной Калифорнии создал компьютерную модель, которая смогла воспроизвести поведение длинных слайдов, используя только динамическое взаимодействие между камнями. Никаких особых обстоятельств, таких как водяная или воздушная подушка, не требовалось.
Однако из-за ограничений компьютеров в то время он не смог определить, какой механизм отвечает за такое поведение.«Модель показала, что в камнях есть что-то, когда их много вместе, что заставляет их соскальзывать дальше, чем вы ожидаете», — сказал Джонсон. «Но он не сказал нам, что на самом деле происходит, чтобы снизить трение».Для этого нового исследования Джонсон смог воскресить эту модель, немного подправить ее и запустить на современной рабочей станции, чтобы зафиксировать динамику более детально. Новая модель показала, что действительно вибрации снижают эффективное трение, действующее на ползун.
Величина трения, действующего на ползун, частично зависит от силы тяжести, тянущей его вниз. Та же сила тяжести, которая ускоряет слайд при движении вниз по склону, имеет тенденцию замедлять его, когда он достигает плоской поверхности. Но модель показала, что колебательные волны противодействуют силе гравитации на короткие моменты. Камни имеют тенденцию к большему скольжению, когда вибрация снижает эффект трения силы тяжести.
Поскольку колебательные волны воздействуют на разные камни на горке в разное время, вся горка имеет тенденцию двигаться больше как жидкость.Эти результаты новой модели согласуются с идеей акустического псевдоожижения, предложенной Мелошем почти 40 лет назад, до того, как мощность компьютера была достаточной для ее подтверждения.«У нас с Кэмпбеллом было давнее дружеское соперничество, и он не верил, что предложенный мной механизм акустической флюидизации может объяснить его результаты моделирования», — сказал Мелош. «В результате тщательного анализа взаимодействий фрагментов горных пород в моделировании, проведенного Брэндоном, мы положили конец дискуссии, и для нас троих было очень весело работать вместе».В конечном итоге исследователи надеются, что эта работа может стать шагом на пути к более точному прогнозированию этих типов потенциально разрушительных оползней.
«Я бы предположил, что понимание того, почему эти оползни закончились так далеко, действительно является первым шагом к пониманию того, когда и где они могут произойти в будущем», — сказал Джонсон. «Наша работа предполагает, что все, что вам нужно, — это достаточный объем, чтобы получить эти длинные пробеги. Это приводит к несколько неудовлетворительному выводу, что такие слайды могут происходить практически где угодно».Результаты также могут помочь ученым понять другие типы событий. Например, акустическая флюидизация может играть роль в проскальзывании по линиям разломов, что способствует сильным землетрясениям.
«Это возникающее явление, возникающее в результате простого взаимодействия отдельных частиц, вероятно, проявляется всякий раз, когда происходят большие движения горных пород», — сказал Джонсон.