فیزیک بلایای طبیعی/رانش گل و لای چگونه اتفاق می افتد؟

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از «سای تک دیلی»، گروهی از محققان به رهبری «داگلاس یرولماک» و «پائولو آراتیا» از دانشگاه «پن» در آمریکا، نمونه‌هایی از گِلرود (رانش گل و لای) فاجعه‌بار مونته‌سیتو (Montecito ) را در سال ۲۰۱۸ برای درک بهتر نیروهای پیچیده‌ دخیل در این فجایع مورد بررسی قرار دادند.

در این مطالعه سوالاتی مطرح شد اینکه آیا امکان جلوگیری از این فاجعه وجود داشت؟ در چه نقطه ای یک شیب جامد مانند مایع شروع به ترشح می کند؟ تحقیقات جدیدی که توسط تیمی به رهبری یرولماک با همکاری پائولو آراتیا از دانشگاه پن و محققان دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا (UCSB) انجام شده است، با استفاده از فیزیک پیشرفته به این سؤالات پاسخ می دهد. آنها آزمایش‌هایی انجام دادند تا مشخص کنند که «شکست» و رفتار جریان نمونه‌های گل‌ولای رانشی مونته‌سیتو چه ارتباطی با خواص مواد خاک داشته‌اند. یافته های آنها به تازگی در نشریه «اقدامات آکادمی ملی علوم» منتشر شده است.

یرولماک می‌گوید: «در زمان رویداد برای مشاهده آنجا نبودیم، اما ایده ما این بود که آیا می‌توانیم با اندازه‌گیری چگونگی جریان یافتن مخلوط آب و خاک در غلظت‌های مختلف در مورد این فرایند چیزی بیاموزیم که چگونه یک تپه جامد سفتی و سختی خود را از دست می‌دهد.

یرولماک در زمستان ۲۰۱۸ در تعطیلات بود و به مؤسسه فیزیک نظری کاولی Kavli در دانشگاه کالیفرنیا سفر کرد، اما نه برای مطالعه رانش گل و لای. او می‌گوید: «این مکانی است که می‌توان مشکلاتی را که موضوعات نوینی در فیزیک هستند، حل کرد. من یک ژئوفیزیکدان هستم، اما برای امور علوم زمینی آنجا نبودم؛ من آنجا بودم تا در مورد آن فیزیک نوین بخصوص در مورد فیزیک تعلیق‌های متراکم (dense suspensions) چیزهایی بیاموزم.» محققان با نمونه‌گیری و انتقال نمونه‌ها به آزمایشگاه قصد مدل سازی در این خصوص را داشتند که ترکیب گِل و تنش‌های (فشارهای) وارد شده چگونه بر زمان به حرکت در آمدن رانش گِل تاثیر دارد.

این اولین بار نیست که مهندسان و دانشمندان برای این نوع مدل‌سازی از نمونه‌های میدانی تلاش کرده‌اند. برخی از مطالعات با قرار دادن مقداری به حد بیل از خاک و گل در رئومترهای (rheometers) بزرگ - دستگاهی که نمونه‌ها را به‌سرعت می‌چرخاند تا ویسکوزیته (یا چسبناکی/ ناروانی) آن‌ها را اندازه‌گیری کند- برای شبیه‌سازی تلاش کردند.

این تحقیقات جدید بر درکی از فیزیک پیشرفته مربوط به نیروهایی که در تعلیق‌های متراکم کار می‌کنند متکی است؛ اصطکاک از جمله این نیروها است؛ زیرا ذرات روی یکدیگر ساییده می شوند. با این حال محققان نتوانستند در آزمایشگاه «شکست» یعنی نقطه‌ای که در آن یک خاک جامد به یک گل متحرک تبدیل می‌شود، شبیه سازی کنند. اما توانستند عکس آن را تقریب بزنند و مواد گل آلود مخلوط شده با آب در غلظت‌های مختلف را ارزیابی کنند.

به گفته محققان، یافته‌های جدید می‌تواند به مدل‌سازی برای شبیه‌سازی جریان واریزه‌های لغزشی (debris ) یاری رساند. یرولماک و همکارانش امیدوارند که این کار تحقیقاتی که علوم نظری و تجربی را با هم ترکیب کرده است، بطور کلی‌تر به چنین رویکردهای بین رشته ای بیشتری منجر شود.