Сначала был огонь, затем дождь - и, наконец, разрушительная грязь.
После крупнейшего лесного пожара в истории Калифорнии, пожара Томаса в декабре 2017 года, сильный шторм вылил около пяти дюймов дождя на оголенные склоны округа Вентура, вызвав 9 января селевые потоки, в результате которых погиб 21 человек и разрушили сотни домов в районах Монтесито и Сан-Исидро-Крик.
Сейсмологи Калифорнийского технологического института заметили, что грохот и грохот оползня были обнаружены сейсмометром примерно в 1,5 километрах от места наибольшего повреждения. Примечательно, что они обнаружили, что сейсмограмма, сгенерированная событием, раскрывает информацию о скорости селевого потока, ширине потока и размере валунов, которые он нес, а также о местоположении события - результаты, свидетельствующие о том, что нынешнее поколение сейсмометров в полевых условиях может использоваться для раннего оповещения жителей районов, подверженных оползням, о приближении селевого потока.
Их исследование, которое было опубликовано в Интернете 30 мая изданием Geophysical Research Letters, показывает, что показания сейсмометра потенциально могли предложить некоторым жителям Монтесито от 5 до 10 минут предупреждения 9 января.
Исследование возглавил Виктор Цай (BS '04), автор-корреспондент статьи и профессор геофизики.
Цай уже давно интересуется, какую информацию можно получить с помощью сейсмометров помимо обычных сигналов землетрясения, для обнаружения которых они предназначены.«Движение земли может указывать на многое, от детонации боеголовки до движения ледника. Хитрость заключается в том, чтобы определить, что означает сигнал», - говорит он. Таким образом, он уже начал работать над моделью, предсказывающей, как должен выглядеть оползень на сейсмометре, на основе существующих моделей отложений, переносимых водой.
Сотрудничая с Цаем, аспирант Вун Хуи Лай собрал данные с трех сейсмометров, расположенных в нескольких километрах от оползня, чтобы найти сигнал, предсказанный моделью Цая. Из-за близости и технических проблем два сейсмометра не смогли надежно зафиксировать оползень. Зато удалось третье. «Это было не сразу очевидно, но через некоторое время мы это обнаружили», - говорит Лай.
Сигнал, урчание продолжительностью почти 20 минут, проявился в диапазоне частот 5-10 герц, что находится на нижнем пороге человеческого слуха. Команда смогла определить, что сигнал действительно был оползнем, основываясь на времени его появления и исключив другие потенциальные источники. Это почти полностью совпало с предсказаниями модели Цая.
Проанализировав полученную сейсмограмму, Цай и Лай смогли также показать, как сигнал можно использовать для оценки ключевых элементов селевого потока (размера, скорости и интенсивности) на основе того, как они влияют на сотрясение земли.. Сигнал указывал на то, что «рыло» селевого потока (там, где находятся самые крупные валуны) покрыло площадь примерно 50 на 50 метров; что валуны, переносимые потоком, достигали примерно 1,3 метра в диаметре; и что скорость потока составляла около 2,4 метра в секунду.
Теперь, когда они знают, что искать, и имеют модель того, что показывает сейсмограмма, ученые могут использовать ее для разработки системы раннего предупреждения на основе существующих сейсмометров, говорит Цай. «Селевые потоки движутся намного медленнее, чем землетрясения, поэтому мы потенциально могли бы разработать систему раннего предупреждения, которая бы давала важные предупреждения жителям и службам экстренного реагирования», - говорит он.
«Как и землетрясения, селевые потоки происходят нечасто и опасны для непосредственного наблюдения», - добавляет соавтор Майкл Лэмб, профессор геологии. «Измеряя сотрясения земли на безопасном расстоянии, наше исследование показывает, что сейсмология имеет большой потенциал для улучшения нашего понимания того, когда, где и почему возникают сели».
Исследователи планируют продолжить тестирование и доработку модели с помощью контролируемых экспериментов, которые позволят получить более точные измерения.
Исследование называется «Сейсмическая характеристика селевых потоков: механика потока и раннее предупреждение в Монтесито, Калифорния». В число соавторов входят Томас Улицио, руководитель лаборатории и научный сотрудник Калифорнийского технологического института, и Александр Бир, доктор наук в области геологии. Это исследование было поддержано Национальным научным фондом и Швейцарским национальным научным фондом.