Как рассказали «Научной России» в НИТУ «МИСиС», в рамках совместного проекта Института стали и сплавов и Кильского университета (Великобритания) ученые займутся исследованием возможностей создания новых геоматериалов. Такие материалы способны защищать объекты, в том числе здания, от землетрясений. Группа работает под руководством приглашённого из Кильского университета профессора Юлия Каплунова.
«Учёными разработан уникальный математический аппарат, позволяющий эффективно исследовать выявленную профессором Каплуновым волну — первопричину разрушений на поверхности во время подземных толчков, а также описывающий методы борьбы с ней. Задача объединённых научных групп — определение наилучшего материала для успешной реализации проекта», — говорят в МИСиСе.
«Сама по себе идея создания мантии-невидимки для сооружений не нова: над этим работают научные группы в Манчестере (Англия), Марселе (Франция) и в ряде других университетов. Наши исследования показывают, что проблема требует более глубокой теоретической проработки. В настоящее время предпринимаются попытки найти универсальный подход, обеспечивающий защиту от всех видов волн, порождаемых активностью Земли, что осложняет поиск нужного материала», — прокомментировал работу проекта сам Юлий Каплунов.
Всего существует несколько различных видов сейсмических волн. Каждому из них свойственна особая манера двигаться. Два основных типа волн — это объёмные и поверхностные. Объёмные волны движутся во внутренних слоях земной коры, а поверхностные могут двигаться только по поверхности планеты, подобно кругам на воде. Именно поверхностные волны наиболее разрушительны. Волна Релея — сейсмическая поверхностная акустическая волна, которая распространяется по земной коре точно так же, как волна в озере или океане. По мере движения она перемещает почву вдоль направления своего движения вверх-вниз и из стороны в сторону. Волнами Релея как раз и вызвана вибрация во время землетрясения.
«Мы установили, что из всех видов сейсмических волн, инициируемых подземными толчками, усилия надо сосредоточить на изучении поверхностных волн Релея, которые и вызывают наибольшие разрушения на поверхности земной коры, и пренебречь влиянием других типов волн, — объясняет руководитель проекта. — Важное достижение нашей группы в том, что мы смогли показать, что волна Релея описывается почти такими же соотношениями, как и оптические волны. Явления, на первый взгляд, разные, но математическая модель у них одинаковая!
Смысл в том, что, как и в оптике, при землетрясении мы имеем дело с волной, только при колебаниях земли это волна упругая, а при анализе невидимых тел мы имеем дело с волной света. Задача, которую нам предстоит решить с МИСиСом, заключается в поиске подходящего метаматериала, который мог бы послужить основой для проектирования защитных конструкций. При взаимодействии с такой конструкцией волны Релея будут попросту изгибаться в стороны, не повреждая защищаемого сооружения. Такие метаматериалы в принципе уже существуют, например на основе меди».
Фото: C.J. Langer. U.S. Geological Survey, Public domain, Wikimedia Commons
