شبیه سازی جریان آنشفشان ها و نشت نفت
در حدود 37000 سال قبل از میلاد مسیح آتشفشان عظیمی در منطقه campanian ایتالیا فوران کرد,بخش بزرگی از اروپا را با خاکستر پوشاند,گیاهان از رشد بازماندند و انسان های اولیه احتمالا محکوم به مرگ شدند. آن زمانی بود که خویشاوندان ماقبل تاریخ ما راهی برای دانستن آمدن ابر خاکستر نداشتند,مطالعات اخیر ابزاری فراهم کرده است که می تواند مسیر مواد آتشفشانی را پیشبینی کند.
پیتر بینس,دانشمند در دانشگاه ملبورن استرالیا کسی که تحقیق را انجام داده در این باره گفت:"این مقاله یک مدل برای الگوی ابر خاکستر هنگامی باد از عقب آن می وزد و اندازه فوران داده شده باشد ارائه میکند."این مقاله در ژورنال فیزیک سیالات منتشر شده است.
فوران های آتشفشان مثالی از آن چه است که بینس آنرا "نفوذ" می نامد. از دیگر مثالها افزایش خروج دود از دودکش, جریان فاضلابی که به اقیانوس وارد می شود,و یا فاجعه نشت نفت هاریزون که سال 2010 در اعماق آب اتفاق افناد است. در همه این رویدادها یک سیال به محیطی با تراکم طبقه بندی شده مثل اتمسفر یا اقیانوس وارد شده است.هنگامی که سیال افزایش می یابد,توسط باد یا جریان ها تحط فشار قرار می گیرد,و این جریان متقاطع می تواند سیال ورودی را تا بسیار دورتر از منشا آن پخش کند.
دانشمندان قبلا نفوذ را در محیط های کاملا آرام مدل سازی کرده بودند,اما تا قبل از بینس هیچ کس تلاشی برای معرفی اثر بادمخالف نکرده بود,که گامی ضروری برای ساخت واقعه بینانه تر و مفیدتر کردن چنین مدل هایی است.
پیش بینی کردن جریان های خاکستر و نفت
بینس گمان می کند کار او می تواند برای تخمین میزان خاکستر خروجی از آتشفشان,یا اندازه گیری سرعت نشت نفت در کف دریا مورد استفاده قرار بگیرد.
بینس اکنون با آتشفشان شناسان بریتانیایی کار می کند تا مدلش را بر فوران های تاریخی مانند حادثه Campanian در ایتالیا و فوق فوران توبا که حدود 73000 سال پیش در اندونزی اتفاق افتاده است اعمال کند.دانشمندان امیدوارند که بتوانند از باقی ماننده ها خاکستر این آتشفشان ها تصویر واضحتری از سرعت و مقدار مواد خروجی بدست آورند.
بینس گفت:"بیشتر آنچه که ما از فوران های ماقبل تاریخ می دانیم از سوابق خاکستر ها است,وقتی تمام اطلاعاتی که دریافت کرده اید همین باشد,شما بعد از آن تنها می توانید حدس بزنید که آن فوران واقعا چگونه بوده است."
بینس گفت:مدل او همچنین می تواند به پیشبینی الگوی رسوب گذاری فوران های بعدی نیز کمک کند.و نسبت به انسان های نخستین برتری بزرگی به ما بدهد.
چگونگی کارکرد این مدل
برای اینکه بفهمیم نفوذ چگونه در حضور جریان های متقاطع کار می کند,بینس چیزی توسعه داده که آنرا مدل نیمه تحلیلی می نامد.او با معادلات دینامیک سیالات شروع می کند, و سپس از محاسبات عددی برای بدست آوردن راه حل های تقریبی برای ویژگی های ترکیبات جریان منبع و نرخ گسترش آن ,و سرعت باد مخالف استفاده می کند.او دریافت تحت باد با سرعت عادی, سیال ورودی در فاصله معین بالای منبع به حداکثر ضخامت می رسد,و نازکترها در جهت پایین به همین مرحله می رسند.و فاصله تا نقطه ایستایی بالای منبع به بیشتر وابسته به نرخ جریان منبع است تا سرعت جریان متقاطع.
مطالب عالیه!