Kodėl gaivalinės nelaimės yra retos

Kodėl gaivalinės nelaimės yra retos

George S. Golitsyn
Rusijos mokslų akademijos mokslų daktaras, Atmosferos ir vandenynų sąveikos laboratorijos vadovas Atmosferos fizikos institute A. M. Обухов anksčiau
"Ekologija ir gyvenimas" №6, 2010

Nėra jokios abejonės, kad XX a. Paliktas ryškiausias mokslo istorijos ženklas, žymintis šiuolaikinės fizikos raidos pradžią. Teologija reliatyvumo (1905-1915), Kvantinė mechanika (vidurio 1920-ųjų), Kolmogorovo-Obukhov teorija turbulencija (1941) lieka pagrindu tolesnei plėtrai mokslo XXI amžiuje, tačiau skiriamasis bruožas mokslo mūsų laiko yra kad jis gali (ir turėtų) apibūdinti reiškinius ar procesus kiekybiškai, atkurti įvairius parametrus, apibūdinančius šių reiškinių (procesų) atsiradimą, ilgalaikių stebėjimų ar specialiai sukurtų eksperimentų duomenis.

Praėjusio amžiaus vidurio ir antroji pusė buvo kiekybinių metodų formavimo laikas aplink mus supančio pasaulio moksle. Skaitmeniniai orų prognozavimo metodai, seismologinių, meteorologinių ir hidrologinių stebėjimų tinklo kūrimas, okeanografiniai matavimai, palydoviniai stebėjimo procesai artimos Žemės erdvėje, atmosfera, žemės ir vandenyno paviršiai – visa tai nepaprastai praturtino mūsų žinias apie gamtą.Dėl to šiandien žmogus turi daug informacijos, kuri turi būti susisteminta, apibendrinta, suprantama.

Visų pirma, kaip gerai žinoma, daugelis gamtos reiškinių yra susiję su rizika žmonių gyvybei ir sveikatai, taip pat didžiulę žalą jo darbo rezultatams. Todėl mums labai svarbu žinoti, kaip dažnai gali atsirasti natūralių pavojų, o visų pirma – nelaimių. Tai ypač aktualu šiandien po neseniai įvykusių didžiausių Gvatemalos, Čilės ir Kinijos žemės drebėjimų ir Islandijos ugnikalnio išsiveržimo, kuris paralyžiavo Europą.

Nuo pat amžių žmonės žinojo, kad didelės nelaimės retai pasitaiko, o vidutinės ir ypač smulkios bėdos įvyksta daug dažniau. Vienu ar kitu būdu šis disertacija taip pat yra tiesa kiekvieno individo asmeniniam gyvenimui, argumentams apie ekonominę (ir politinę) šalių istoriją, apie žemės drebėjimų dažnį ar ugnikalnių išsiveržimus, priklausomai nuo jų intensyvumo, ežerų skaičiaus priklausomai nuo jų ploto ar skaičiaus upės, priklausomai nuo jų ilgio, nuo miestų skaičiaus priklausomai nuo gyventojų skaičiaus ir pan.

Ar yra kiekybinių modelių, kaip jie nustatomi ir kaip jie paaiškinami? Šiais klausimais bus atsakyta. Galima paklausti: ar mokslininkai ilgą laiką nebuvo žinomi? Deja, ne, ir nors, kaip matysime toliau, atsakymas nėra labai sudėtingas, tačiau jo nebuvimas yra susijęs su daugeliu aplinkybių.

Objekto dydžio pasiskirstymo pavyzdžiai

Kaip jau minėta, tikrą mokslinį atsaką reikia gauti kiekybine forma. Ir už tai turėtumėte išmokti kiekybiškai įvertinti pačią įvykį ar reiškinį. Pavyzdžiui, asmeninės nerimas gali būti matuojamas pagal patyrimo laiką ar pinigų, skirtų jiems įveikti. Čia nėra sukurtos metodikos, taigi rezultatai yra tik kokybiniai, bendrai suderinami su gamtinių reiškinių dydžio pasiskirstymu. Situacija gana paprasta su vandens telkiniais, visų pirma ežerais ir upėmis. Mes žinome, kad didžiausias uždaras rezervuaras yra Kaspijos jūra, kurios plotas apie 400 tūkstančių km2taip pat žinome dešimtys tūkstančių ežerų, kurių plotas yra 1 km2 ir dar daugiau. Iš mokyklos žinoma, kad ilgiausia upė pasaulyje yra Nilis (pagal kitus šaltinius yra Amazonės), kurių bendras ilgis yra apie 7 tūkstančius km ir kad pasaulyje yra dešimtys tūkstančių upių, kurių ilgis yra 20 km.Truputį mažiau žmonių žino apie tai, kad upių, kurių ilgis yra ne mažesnis kaip tam tikra vertė lauga mažėja l greičiau nei, tarkim, ežerų, kurių plotas viršija atitinkamą skaičių S [l] Tačiau, jei upės apskaičiuojamos ne ilgiu, o baseinu, abi priklausomybės (tiek upių, tiek ežerų pasiskirstymas) tampa beveik vienodos.

Įvertinimai dėl žemės drebėjimų ir išsiveržimų

Sudėtingesnį tokį didelį gamtos reiškinį, kaip antai žemės drebėjimus ir ugnikalnių išsiveržimus, panašiai palyginti (ir sukurti panašų paskirstymą) yra daug sunkiau. Teoriniu požiūriu, interpretuojant ir klasifikuojant šiuos procesus, patogu charakterizuoti jų mastą tokiais įvykiais išleista energija. Geophysicistams akivaizdu, kad abu procesai, kaip ir visa geodezinika, kaip jų šaltinis yra vidinė Žemės energija, kurios vidinė galia yra maždaug 4,5 · 1013 W. Tačiau tiksliau apskaičiuojant ir kuriant šias priklausomybes to nepakanka, todėl šių įvykių stiprumas (intensyvumas ar mastas) turi būti vertinamas specialiai (netiesioginėmis išraiškomis).Taigi, ugnikalnių išsiveržimų dydis, kurį daugelis ekspertų vertina iš išmetamų pelenų debesies dydžio, nors apskaičiuotos išstumtos lavos tūriai yra labiau patikimi. Tačiau ši technika dar nebuvo sukurta.

Kaip žinoma, žemės drebėjimai apskaičiuojami pagal Richterio skalę. Šis skalė lygina žemės drebėjimų charakteristiką, vadinamą dydžiu, kuris yra proporcingas energetinio dezimentizmo logaritmui, kurį sukelia sezminės bangos nuo įvykio epicentro. Šiuo atveju visuotinai pripažinta žemės drebėjimo stiprumo vertinimo metodika buvo nustatyta tik prieš 30 metų. Kaip matyti iš šimtų pasaulio seismologų, kurie apdorojo duomenis apie tūkstančius įvykių, darbų dydis gali būti pateikiamas kaip žemės drebėjimo plutos ploto dešimtainis logaritmas, išmatuotas "pynimu", kuris yra žinomas visiems vasaros gyventojams (100 m2) Laimei, stiprūs žemės drebėjimai įvyksta retai, todėl juos įtraukti į tokius paskirstymus reikia ilgai stebėti, ypač konkrečiuose regionuose. Kaip žinoma, galingiausias žemės drebėjimas XX a. Įvyko 1960 m. Čilėje. Jis turėjo didelę reikšmę m = 9,2, plutos plutos ilgis buvo apie 800 km, o jo plotas – daugiau nei 100 tūkstančių km2 (apie trečdalį Vokietijos teritorijos ar pusės Jungtinės Karalystės teritorijos).

Išraiškinga histogramos kalba

Tokių įvykių stebėjimo rezultatai paprastai pateikiami vadinamųjų histogramų forma, kurių horizontalioje ašyje yra nustatomas įvykių mastas (išreiškiamas tam tikra savybe, parinkta interpretavimo patogumui, kurios vertės yra padalintos į intervalus), o vertikaliai – tai vienos ar kitos masto įvykių skaičius (kritimas tam tikru intervalu) visą stebėjimo laikotarpį arba, pavyzdžiui, metus. Jei tokia histograma normalizuojama atsižvelgiant į bendrą įvykių skaičių N0 (kitaip tariant, kiekvieno intervalo numerių vertė yra padalyta iš N0), histograma atspindi tam tikrų įvykių tikimybinio pasiskirstymo empirinį tankį. Labai dažnai įvykiai yra retai, o stebėjimo laikotarpis yra trumpas. Tada įvykių, kurie pagal jų skalę patenka į atskirus intervalus, skaičius gali būti labai nestabilus, t. Y. Jis labai skiriasi nuo vieno intervalo iki kito netaisyklingai. Todėl paprastai histogramos yra apibendrinamos intervalais, pradedant nuo didžiausių masto įvykių, kurie, kaip jau minėta, yra mažiausiai.Tokios histogramos vadinamos kumuliacine, gaunamos bendros charakteristikos. N(≥ E), atspindintis įvykių skaičių N skalė didesnė arba lygi pasirinktai vertei E. Grąžinamoji vertė vadinama vidutiniu laukimo laikotarpiu, kai masto įvykis yra didesnis arba lygus nurodytai vertei (≥E): τ(≥E) = 1/N(≥E).

"Daugiau", tuo mažiau

Daugybės reiškinių stebėjimų rezultatai rodo, kad tokiu būdu nustatytas laukimo laikas τ (≥E) yra proporcingas paties dydžio E arba Enkur vertė n labai arti 1. Pavyzdžiui, cunamio masto klasifikacijai n ≈ 1.01; dėl nuošliaužų n ≈ 0,93 ÷ 1,07; ežerų skaičiaus pasiskirstymas, paminėtas aukščiau N priklausomai nuo jų teritorijos S: N(≥S) proporcingai S-n su n = 0,93.

Kitaip tariant, natūralių įvykių (reiškinių) stebėjimų apdorojimas leidžia daryti išvadą, kad kuo didesnis įvykis, tuo didesnis jo dydis, tuo ilgiau jis turi laukti, tuo rečiau tai įvyksta. Be to, tas pats motyvavimas lemia a priori visiškai neabejotiną išvadą: įvykio masto produktas ε E jo dažnumą N(≥E) pasirodo esant pastovi arba beveik pastovi.

Fizinė ε reikšmė gali būti interpretuojama, pavyzdžiui, kiekio generavimo greitis E su laiku. Jei E – tai yra energija, kaip žemės drebėjimai, vulkaninės išsiveržimai, cunamiai, nuošliaužos ir panašios stichinės nelaimės, galima daryti išvadą, kad ε vertė visos planetos mastu yra nedidelė procentinė pirmiau minėtos visos geoterminio srauto vertės (4,5 · 1013 W = 45 milijonai MW). Tačiau tuomet vertinimuose gauta vertė yra gana panaši į žmonijos pajėgumus savo ekonominėje veikloje visame pasaulyje. Tiesa, minėtuose įvykiuose ir reiškiniuose išlaisvinti gamtiniai jėgos kaupiasi magne, žemės dulkių įtempimai daugelį metų, dešimtmečių ir net šimtmečių prieš sukauptos energijos nutekėjimą gaivalinėse nelaimėse.

Poveikis yra didelis ir paviršutiniškas

Tik neseniai buvo sukurtos teorinės (matematikos ir fizinės) idėjos, leidžiančios paaiškinti minėtus empirinius įvykių tikimybių pasiskirstymo požymius: vidutinio kumuliacinio laukimo laiko proporcingumas τ (≥Ea) įvykio mastas Edarbo pastovumas En(≥E) = ε ir tt

Apskritai šios idėjos yra susietos su tuo, kad visais atvejais mes turime didelę sistemą (pavyzdžiui, plutos), kurioje veikia atsitiktinės jėgos. Šių jėgų koreliacijos laikas (jų koordinuotas poveikis sistemai) pasirodo daug mažesnis už pačios sistemos reakcijos laiką, kuris kaupia tokius efektus atsitiktinai padidinus jo energiją. Šie žingsniai yra nustatomi pagal ε ir laiko τ (≥E) Kai energijos paklaida bet kurioje sistemos vietoje yra didesnė nei tam tikras kritinis, išleidžiamas (staigiai išleidžiamas) jo perteklius.

Pvz., Pluta susideda iš keleto dešimčių litoziferinių plokštelių, judančių vienas kito greičiu nuo 2 iki 15 cm per metus. Šiuos judesius palaiko konvektyviniai judesiai apvalkale – Žemės sluoksnis, besitęsiantis gyliui apie 3000 km, kuriame minėtas geoterminis srautas yra judesių šaltinis. Dėl šių judesių, elastiniai įtempimai kyla kontaktų tarp litosferos plokštelių, kurios kaupiasi ir auga atsitiktine tvarka laikui bėgant.

Kaip jau minėta, kai tokie įtempiai tam tikroje vietoje pasiekia kritinę vertę, pluta prasideda žemės drebėjimo proceso metu, nuleidžiant elastingos energijos perteklių.Apie 10% elastingų įtempių energijos išsiskiria kaip seisminių bangų, o jo pagrindinė dalis yra išnaudota žemės drebėjimo vietoje pertraukos formavimui, uolienų smulkinimui, jo šildymui ir poslinkiui.

Tiesą sakant, tokia tiesioginė įvykių energetinė priklausomybė gali būti aiškiai matoma tik labai stiprių žemės drebėjimų atveju, kai pakankamai stora pluta arba dėl cunamių, atsiradusių dėl žemės drebėjimų plonoje okeaninėje plutoje (būtina sąlyga yra tai, kad atotrūkis yra proporcingas E1/3, būtų daugiau žievės storio).

Kaip rezultatas, kaip autorius sugebėjo parodyti (tie, kurie domisi detalėmis, gali juos rasti literatūros sąraše nurodytuose kūriniuose), įvykių skaičius N(EM) patenka kaip M-2/3o ne kaip M-1 (čia M – tam tikra ribinė vertė, vadinamasis seisminis momentas), kuris pastebimas dėl stiprių žemės drebėjimų ar cunamių. Apytiksliai kalbant, visais tokiais įvykiais, kaip vertinant ugnikalnių išsiveržimų dažnumą, kur N(≥V) ~ V-2/3 (V – išmetamų pelenų debesies tūris), energija, nustatoma įvykio geometriniu dydžiu, paleidžiama per pertraukos paviršiaus reiškinius (žemės drebėjimo metu) arba per ugnikalnio burnos plotą (išsiveržimo metu). Kaip žinoma, paviršius yra proporcingas 2/3 laipsnio tūriui.

Tačiau, jei mes pamirštume apie šį nedidelį komplikaciją, visi kiti empiriniai reguliarumai (vidutinio kumuliacinio laukimo laiko proporcingumas masto įvykiui E didžiausia šio skalės vertė ir empirinis apskaičiavimas apie ε generavimo greitį E) atsiranda vienintelės ir visiškai natūralios prielaidos apie poveikio koreliacijos laiko mažumą, palyginti su sistemos reakcijos laiku. Kaip rezultatas, čia aprašytos išvados tampa loginiu nuoseklaus paprastų tikimybių teorijos sampratų ir atsitiktinių procesų teorijos taikymo rezultatu.

Įdomu tai, kad tas pats požiūris į hidrodinaminius procesus bandant atsekti likimą skysčio daleles sąveikoje su jo aplinka leidžia gauti gerai žinomų rezultatų teorijos A. N. Колмогорова ir A. M. Обухова sukurtos 1941 m., Apibūdinančios vietinę struktūrą турбулентности ir nustatytos 1966 m. B. E. Zacharovos sprendimas, remdamasis visuotine jūros bangos dažnių spektro dalimi.

* * *

Čia aprašyta teorija, vienodai paaiškinanti daugelio reiškinių, įvykių gamtoje empirinius tikimybes ir, galbūt,mūsų kasdieniniame gyvenime galima palyginti su svyravimų teorija, kuri, kaip gerai žinoma, apibūdina ne tik švytuoklės judesius ant suspensijos, elektros srovės svyravimus, bet ir daugybę kitų gamtos reiškinių. Atrodo, kad nauja teorija gali būti ne tik natūralių pavojų skaičiavimo pagrindas, bet ir skirtingų reiškinių, susijusių su ekonomika, finansais ir įprasta gyvenimi, rizikos įvertinimu.

Tačiau didelių sunkumų atsiranda retai, pirmiausia todėl, kad ilgainiui atsiranda aplinkybės.

Literatūra:
Golitsyn G. S. Vulkaninių išsiveržimų priklausomybės "dažnis-tūris" paaiškinimas // Mokslų akademijos pranešimai, 2003. V. 390. № 3. P. 394-396.
Golitsyn G. S. Teorija panašumo į žemės drebėjimus // Doklady Akademii nauk, 1996. T. 346. No. 4. P. 536-539.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: