ИСТИНА

Ключевые слова: цунами, гравитационные волны в океане, поверхностные сейсмические волны, численное моделирование, теория длинных волн, линейная потенциальная теория волн При анализе записей глубоководных обсерваторий DONET, полученных во время катастрофического события Тохоку 11 марта 2011 г., был обнаружен эффект генерации свободных гравитационных волн пробегающими по дну поверхностными сейсмическими волнами [1]. Механизмы, ответственные за формирование означенного эффекта, обсуждались в работах [1-3]. Целью настоящего исследования является проверка и уточнение теоретических представлений о механизмах генерации гравитационных волн в океане бегущими по дну возмущениями. Метод исследования — численные эксперименты с применением «комбинированной» модели, построенной в рамках линейной потенциальной теории и теории длинных волн [4]. Известно, что в океане постоянной глубины плоское возмущение, бегущее по дну с постоянной скоростью, не может возбуждать свободные гравитационные волны. Отклик водного слоя представляет собой вынужденное возмущение. Причем в формировании вынужденного возмущения принимает участие только вертикальная компонента движения дна, вклад горизонтальных компонент ничтожно мал [5]. В океане переменной глубины картина меняется. Теперь не только вертикальные, но и горизонтальные компоненты бегущего по дну возмущения (сейсмической волны) могут возбуждать свободные гравитационные волны. Примечательно, что механизмы генерации гравитационных волн в этих двух случаях оказываются принципиально различными. Гравитационные волны, возбуждаемые вертикальной компонентой сейсмической волны, возникают благодаря перестройке вынужденного возмущения непосредственно над скачком глубин. Теоретические оценки показывают, что амплитуда гравитационных волн, возникающих таким образом, составляет не более 1% от амплитуды сейсмической волны. Результаты численных экспериментов, проведенных на модельных рельефах дна, подтверждают полученные оценки. Гравитационные волны, возбуждаемые горизонтальными компонентами сейсмической волны, возникают благодаря тому, что при ее прохождении через области с неровным дном становится возможным вытеснение воды в вертикальном направлении. Иными словами подводные склоны становятся локализованными в пространстве источниками свободных гравитационных волн. В этом случае теоретические оценки показывают, что при типичных уклонах дна амплитуда гравитационных волн, возникающих таким образом, составляет порядка 10% от амплитуды горизонтальных движений дна в сейсмической волне. Серия проведенных численных экспериментов подтверждает теоретические оценки и позволяет установить, каким образом на амплитуду гравитационных волн влияют характеристики подводного склона (его протяженность, глубина, перепад глубин). Помимо характеристик подводного склона другим важным параметром, влияющим на амплитуду гравитационных волн, является частота колебаний подводного склона при прохождении сейсмической волны. Задача о генерации цунами колебаниями участка дна рассматривалась аналитически в работе [6]. Теперь, после обнаружения свободных гравитационных волн, возбуждаемых бегущими сейсмическими волнами, исследования, начатые в той работе, приобретают новую практическую значимость. Зная связь между амплитудой и частотой поверхностной сейсмической волны и амплитудой и частотой возбуждаемой гравитационной волны, мы можем получить информацию о сейсмической волне на основе записей волны гравитационной. Такая информация может быть полезна для уточнения механизма очага землетрясения в том случае, если в некоторой точке наблюдения отсутствует донный сейсмометр, но имеется донный датчик давления. Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты 16-55-50018, 16-35-00232) Литература. 1. Носов М.А., Семенцов К.А., Колесов С.В., Матсумото Х., Левин Б.В. Регистрация гравитационных волн, образованных в океане поверхностными сейсмическими волнами при землетрясении 11 марта 2011 г. у побережья Японии // Доклады Академии наук, издательство Наука (М.), том 461, № 5, с. 593-598 2. Семенцов К.А., Носов М.А., Колесов С.В., Ву Ю. Численное моделирование гравитационных волн, возбуждаемых в океане низкочастотными поверхностными сейсмическими волнами, на основе записей GPS-станций // Вестник Московского Университета. Серия 3: Физика, астрономия, издательство Изд-во Моск. ун-та. (М). — 2017. — № 6. — С. 108–113. 3. Семенцов К.А., Колесов С.В., Носов М.А. Карпов В.А., Матсумото Х., Канеда Й. Генерация свободных гравитационных волн в океане пакетом поверхностных сейсмических волн // Ученые записки физического факультета Московского Университета. — 2017. — № 4. — С. 1740504. 4. Колесов С.В., Носов М.А. Трехмерная численная модель волн цунами. // Уч. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. — 2016. — № 3. — С. 163904–163904 5. Levin B.W., Nosov M.A. Physics of Tsunamis, Second Edition, Springer, 2016 6. Носов М.А. Генерация цунами колебаниями участка дна // Вестн. Моск. ун-та, Физ. Астрон. 1992, 33, №1. C. 109-110.