علم موجات تسونامي – ترجمة عدنان أحمد الحاجي

The Science of Tsunamis
طور المهندس الميكانيكي ألبان ساوريت وزملاؤه نموذجًا ليفهموا بشكل أفضل القوى التي تثير هذه الموجات العاتية والمدمرة
(بقلم: جيمس بدهام – James Badham)

كلمة “تسونامي tsunami” تعيد إلى الأذهان حالًا معنى الفوضى الشديدة والخراب والدمار التي يمكن أن تحدثها هذه الموجات العاتية الاستثنائية. غالبًا ما تحدث موجات تسونامي، التي نسمع عنها في الأخبار، بسبب زلازل تقع تحت ماء البحر ، والموجات الناتجة من هذه الزلازل يمكن أن تنتقل بسرعات تصل إلى 250 ميلًا  (402 كيلومترًا) في الساعة ويصل ارتفاعها إلى عشرات الأمتار عندما تصل إلى الساحل وعندئذ تنكسر. يمكن وبشكل سريع أن تتسبب في فيضانات هائلة ودمارًا واسع النطاق في المناطق الساحلية، كما حدث في جنوب شرق آسيا في عام 2004 وفي اليابان في عام 2011.

ولكن موجات التسونامي العاتية يمكن أن تكون بسبب حوادث أخرى أيضًا. الانهيار الجزئي لبركان أناك كاركاتو (Anak Krakatau) في إندونيسيا في عام 2018 تسبب في حدوث تسونامي أودى بحياة أكثر من 400 شخص. الانهيارات /  الانزلاقات الأرضية الكبيرة ، التي تدفع  بكميات هائلة من الحطام / المخلفات ( للتعريف، انظر 1) تجاه البحر، يمكن أن تتسبب في حدوث تسونامي. من الطبيعي أن يهتم العلماء بمعرفة كيف وإلى أي مدى يمكن أن يكونوا قادرين على التنبؤ بخصائص تسونامي في ظل ظروف مختلفة.

معظم نماذج تسونامي الناتجة عن انهيارات / انزلاقات أرضية مستندة إلى فكرة أن حجم وقوة التسونامي يحددها سمك أو ارتفاع الانهيار / الانزلاق الأرضي وسرعة “مقدمته” عند التقائه بالماء. في ورقة بعنوان “المنظومات غير الخطية لموجات تسونامي الناتجة عن انهيار / انهيال الحبيبات”، نُشرت على الإنترنت في مجلة ميكانيكا السوائل (2)، سلط المهندس الميكانيكي في جامعة كاليفورنيا في مدينة سانتا باربرا، ألبان ساوريت (Alban Sauret) وزملاؤه ، ڤلاديمير سارلين (Wladimir Sarlin)، وسيبريان موريز (Cyprien Morize)، وفيليب غوندريت (Philippe Gondret) في مختبر السوائل والأتمتة  والأنظمة الحرارية (FAST) في مركز ساكلاي الوطني الفرنسي للبحوث  العلمية (CNRS) في جامعة باريس، مزيدًا من الضوء على هذا الموضوع. (ستنشر الورقة أيضًا في النسخة المطبوعة من المجلة في 25 يوليو، 2021).

هذه هي أحدث ورقة علمية في سلسلة أوراق نشرها الفريق عن التدفقات البيئية (3) ، وعن موجات تسونامي الناتجة عن الانهيارات الأرضية على وجه الخصوص. في وقت سابق من هذا العام (2021) ، أثبت الفريق أن سرعة الانهيار / الانهيال / الانزلاق – أي سرعته عند دخوله الماء – تتحكم في الارتفاع الأقصى للموجة.

في أحدث تجاربهم التي أجروها، قاس الباحثون حجم المادة الحبيبية بدقة، والتي أطلقوها لتتدفق بعد ذلك، مما تسبب في انهيارها / انهيالها كما ينهار / ينهال الجرف الصخري (حيد الشاطيء)، إلى قناة طويلة وضيقة مملوءة بالماء. ووجدوا أنه في حين أن كثافة وقطر الحبيبات ضمن الانهيال (الانهيار / الانزلاق ) كان لها تأثير ضئيل على ارتفاع الموجة الأقصى ، فإن الحجم الإجمالي للحبيبات وعمق السائل يلعبان أدوارًا أكثر أهمية.

“حين تدخل الحبيبات الماء، فإنها تتصرف ك مكبس، حيث تتحكم قوتها الأفقية في تكوِّن / تشكّل الموجة، بما في ذلك ارتفاعها بالنسبة إلى عمق الماء” كما قال سوريت. (التحدي الذي لا زال قائمًا هو معرفة العوامل التي تتحكم في سرعة المكبس). “أثبتت التجارب أيضًا أنه إذا عرفنا هيئة (جيوميتوي geometry) عمود (column) المادة الأولي / الابتدائي [العمود هو العمود المتكون من المادة التي تتدفق تجاه الماء] قبل أن ينهار / ينهال العمود وعمق الماء عند التقاء هذا العمود بالماء، يمكننا التنبؤ بارتفاع الموجة”.

الفريق تمكن الآن من إضافة هذا العامل إلى النموذج الناشيء الذي طوروه لربط ديناميات الانهيار / الانزلاق الأرضي وتكوِّن التسونامي. هذا التحدي بالخصوص يتمثل في وصف الانتقال من الانزلاق الأرضي الجاف الأولي، عندما يفصل الهواء الجسيمات / الحبيبات، إلى تدفق حبيبات تحت الماء، حين يكون للماء تأثير هام على حركة الجسيمات. عند حدوث ذلك ، تتغير القوى العاملة على الحبيبات بشكل كبير، مما يؤثر على السرعة التي يدخل بها الجزء الأمامي من الحبيبات المنهالة إلى الماء.

حاليًا، هناك فجوة كبيرة في التنبؤ بأمواج تسونامي المستندة إلى نماذج مبسطة تأخذ في الاعتبار تعقيدات الجيوفيزياء ولكنها لا تأخذ في الاعتبار فيزياء الانهيال (الانزلاق الأرضي) عند دخوله الماء. يقارن الباحثون حاليًا  البيانات من نموذجهم مع البيانات التي جمعت من دراسات الحالة الواقعية (real case) لمعرفة ما إذا كانت متساوقة تساوقًا جيدًا مع بعضها البعض وما إذا كان أي من العوامل الميدانية قد تؤثر على النتائج.

مصادر من داخل وخارج النص:

1- “عادة ما يطلق على المخلفات في علم الأرض بحطام أو بقايا نشاطات جغرافية مثل الانهيارات الأرضية وانفجار البراكين والانهيارات الجليدية أو بما يسمى بالفيضانات الجليدية والحمم وكما يمكن أن تحمل الرياح عدد من المخلفات وتسمى بالمخلفات الطائرة وعندما تتراكم هذه المخلفات عند جوانب التلال يطلق عليها اسم “ركام صخري” أما في التعدين فيطلق عليها اسم مخلفات”. مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/أضرار_المخلفات

2-https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/abs/nonlinear-regimes-of-tsunami-waves-generated-by-a-granular-collapse/3F38B26548B891FA9AE8A4018FF992A4

3- “يرمز التدفق البيئي إلى كمية الماء اللازم توافرها في مجرى مائي للحفاظ على نظام بيئي سليم. كما تعتمد الزراعة والصناعة والطاقة المائية والمستخدمون المحليون على مصادر المياه، كذلك تفعل الطبيعة أيضا. بالرغم من أن استخدام الطبيعة للماء ليس استهلاكيا ولكن الأنظمة البيئية المائية تتطلب وجود الماء لدعم الأسماك والنباتات والكائنات الحية الأخرى التي تعيش داخل هذه الأنظمة. تتعلق إدارة المصادر المائية بشكل فعال بإيجاد التوازن بين المياه التي يوفرها تساقط الأمطار والمياه الجوفية للبحيرات والأنهار مع هذه الحاجات المتنافسة. تم تغيير تدفق أنهار العالم باضطراد وذلك بسبب محاولة السلطات تلبية الحاجات المتفاوتة إلى المياه عن طريق بناء السدود والحواجز المائية التي تمتص كميات ضخمة من الماء اللازم للزراعة ولإعاشة المدن وبناء هياكل تتحكم بالفيضانات؛ ويتم تقسيم أكثر من ستين بالمئة من أنهار العالم من خلال مثل هذه التعديلات الهيدورجينية”. مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/التدفق_البيئي

المصدر:

https://www.news.ucsb.edu/2021/020337/science-tsunamis