أكثر

12.1: الأمواج - علوم الأرض


أهداف التعلم

بعد قراءة هذا الفصل يجب عليك:

  • تعرف على أجزاء الموجة الأساسية
  • تعرف على المصطلحات المستخدمة لوصف حركة الموجة (مثل الدورة والتردد والسرعة وما إلى ذلك)
  • فهم الحركة الدائرية لجزيئات الماء المشاركة في حركة الموجة
  • فهم الفرق بين موجات المياه العميقة وموجات المياه الضحلة
  • تعرف على العوامل التي تؤثر على سرعة الموجة في الموجات العميقة والضحلة
  • تعرف على العوامل الثلاثة التي تحدد طاقة الأمواج المتولدة من الرياح
  • فهم مفهوم استعادة القوة
  • فهم الفرق بين البحار وتضخم
  • فهم مفاهيم التداخل الهدام والبناء والمختلط
  • نفهم لماذا تنكسر الأمواج مع اقترابها من الشاطئ
  • تعرف على الاختلافات في الأنواع المختلفة من القواطع ، وكيف تؤثر التضاريس السفلية على نوع القاطع
  • فهم سبب اقتراب الموجات دائمًا من موازاة الشاطئ ، ولماذا تكون الموجات أكبر من النقاط وأصغر في الخلجان
  • فهم أسباب تسونامي وكيف تتصرف في المحيط

ما هي أكبر موجة تم تسجيلها على الإطلاق؟ 50 قدما؟ 100 قدم؟ ولا حتى قريبة. ينتمي هذا السجل إلى موجة تم إنشاؤها في خليج ليتويا ، ألاسكا ، في 9 يوليو 1958. في ذلك اليوم ، تسبب زلزال بقوة 7.8 درجة في حدوث انزلاق صخري هائل انزلق على سفح الجبل إلى منابع الخليج. أحدث الانزلاق الصخري موجة رش عالية بما يكفي لتسوية الغطاء النباتي حتى 1722 قدمًا (525 مترًا) فوق مستوى سطح البحر! ثم تحركت الموجة عبر الخليج الضيق باتجاه البحر ، مما أدى إلى تدمير عدد من قوارب الصيد على طول الطريق. بأعجوبة ، تم نقل أب وابنه على أحد قوارب الصيد فوق الأشجار بواسطة الموجة ، ونجا ليروا القصة. هذه إلى حد بعيد أكبر موجة ، تسونامي عملاق ، تم تسجيلها بشكل موثوق. قد لا تكون الموجات التي سنناقشها في هذا الفصل بهذه الدراماتيكية ، ولكن لا يزال من المهم معرفة كيفية تشكلها ، وكيفية انتشارها ، وماذا يحدث لها عندما تتفاعل مع الشاطئ.

منظر لخليج ليتويا تم التقاطه بعد أسابيع قليلة من عام 1958 ميجاتسونامي. حدث الانزلاق الصخري في الجبال عند رأس الخليج ، مما أدى إلى الموجة التي تحركت عبر الخليج باتجاه البحر (دي جي ميلر ، هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، [المجال العام] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز).


استخدام انتقال موجة القص كأداة غير مدمرة لتقييم صلابة التربة اللينة في تطبيقات التجريف

ينبع الاهتمام بسلوك التربة المجمعة بشكل طبيعي من صلة هذه المواد بصناعة التجريف ، والتأثير البيئي للتجريف وإلقاء الملوثات في البحر فوق طبقات الرواسب الناعمة المتماسكة. نظرًا لأن هذه التربة معقدة من الناحية التركيبية والسلوكية ، فهناك حاجة لتوصيف خصائصها بطريقة غير مدمرة. يعرض هذا البحث السلوك الزلزالي الصوتي لعدد من هذه التربة اللينة كما تمت دراستها في المختبر. يتضح أن السلوك المتغير للرواسب ، أثناء تماسكها وتطور بنية التربة ، له تأثير كبير على خصائص الصلابة. يتم تحديد معامل القص باستخدام قياسات سرعة موجة القص والكثافة الظاهرية التي تتراوح بين صفر و 160 كيلو باسكال أثناء التجارب. سيكون تقدير صلابة قص التربة بهذه الطريقة معلمة تهم صناعة التجريف في تحديد العمق الملاحي. فيما يتعلق بالمسائل البيئية ، قد تكون مثل هذه التقديرات الخاصة بصلابة قص التربة البحرية مفيدة في تحديد قابلية التآكل لقاع البحر ، وهذا له أهمية خاصة عندما تكون الرواسب ملوثة بالملوثات.


تسونامي

تسونامي هي موجات مدمرة ناتجة عن النزوح المفاجئ لمياه المحيط. غالبًا ما تظهر أمواج تسونامي على الشاطئ كمد سريع الانحسار أو فيضان سريع الارتفاع. في الولايات المتحدة ، فإن الولايات الساحلية في المحيط الهادئ - أوريغون وواشنطن وكاليفورنيا وألاسكا وهاواي - هي الأكثر عرضة لخطر تسونامي المدمر.

الأساسيات

تسونامي عبارة عن سلسلة من الموجات التي تشكلت في جسم مائي عن طريق الإزاحة المفاجئة لعمود الماء بأكمله. تحدث معظم موجات تسونامي الكبيرة بسبب الزلازل تحت سطح البحر ، على الرغم من أن الانهيارات الأرضية والانفجارات البركانية والانفجارات وحتى آثار النيازك يمكن أن تسببها أيضًا. تظهر موجات تسونامي بشكل شائع على الشاطئ كمد يتراجع بسرعة أو فيضان سريع الارتفاع. توفر أمواج تسونامي أحيانًا إشارات تحذير طبيعية للأشخاص الذين يعيشون على السواحل ، خاصة بالقرب من الحدث المسبّب للتسونامي ، مثل انحسار المد بسرعة قبل وصول الأمواج. توفر أنظمة المراقبة العالمية أيضًا إنذارًا مبكرًا حاسمًا لسكان المناطق الساحلية. [1] قراءة المزيد


12.1 إدخال أنظمة الحلقة والقمر

لا تتكون الحلقات والأقمار (انظر الأقمار في الشكل 12.2) للنظام الشمسي الخارجي من نفس المواد مثل الأجسام الصخرية في الغالب في النظام الشمسي الداخلي. يجب أن نتوقع هذا ، نظرًا لأنها تشكلت في مناطق ذات درجة حرارة منخفضة ، وباردة بدرجة كافية بحيث تتوفر كميات كبيرة من جليد الماء كمواد بناء. تحتوي معظم هذه الأشياء أيضًا على مركبات عضوية داكنة ممزوجة بجليدها وصخورها. لذلك لا تتفاجأ عندما تجد أن العديد من الأشياء في أنظمة الحلقة والقمر جليدية ومظلمة.

ما يقرب من ثلث الأقمار في النظام الشمسي الخارجي موجودة مباشرة أو مدارات منتظمة أي أنها تدور حول كوكبها الأصلي في اتجاه الغرب إلى الشرق وفي مستوى خط الاستواء للكوكب. الغالبية هي أقمار غير منتظمة تدور في أ متراجع (من الشرق إلى الغرب) أو لها مدارات ذات انحراف عالٍ (أكثر بيضاوية من دائرية) أو ذات ميل مرتفع (تتحرك داخل وخارج المستوى الاستوائي للكوكب). تقع هذه الأقمار غير المنتظمة في الغالب بعيدًا نسبيًا عن كوكبها ، ومن المحتمل أنها تكونت في مكان آخر وتم التقاطها لاحقًا بواسطة الكوكب الذي تدور حوله الآن.

نظام المشتري

كوكب المشتري لديه 79 قمرا معروفا (هذا هو الرقم الذي نكتبه) وحلقة خافتة. وهي تشمل أربعة أقمار كبيرة - كاليستو ، وجانيميد ، وأوروبا ، وآيو (انظر الشكل 12.1) - اكتشفها غاليليو في عام 1610 ولذلك يُطلق عليها غالبًا اسم أقمار الجليل. أصغرهما ، Europa و Io ، يقارب حجم القمر لدينا ، في حين أن الأكبر ، Ganymede و Callisto ، يقارب حجم كوكب عطارد. معظم أقمار المشتري أصغر بكثير. معظمها في مدارات رجعية على بعد أكثر من 20 مليون كيلومتر من كوكب المشتري ، ومن المحتمل جدًا أن تكون كويكبات صغيرة تم التقاطها.

نظام زحل

زحل لديه ما لا يقل عن 82 قمرا معروفا بالإضافة إلى مجموعة رائعة من الحلقات. أكبر الأقمار ، تيتان ، يكاد يكون بحجم جانيميد في نظام المشتري ، وهو القمر الوحيد الذي يحتوي على غلاف جوي كبير وبحيرات أو بحار من الهيدروكربونات السائلة (مثل الميثان والإيثان) على سطحه. يحتوي زحل على ستة أقمار عادية كبيرة أخرى بأقطار تتراوح بين 400 و 1600 كيلومترًا ، ومجموعة من الأقمار الصغيرة التي تدور حول الحلقات أو بالقرب منها ، والعديد من الأقمار الشاردة المشابهة لتلك الخاصة بالمشتري. في ظروف غامضة ، أحد أقمار زحل الأصغر ، إنسيلادوس ، به ينابيع مياه ساخنة يتم طردها إلى الفضاء.

حلقات زحل ، واحدة من أكثر المشاهد إثارة للإعجاب في النظام الشمسي ، واسعة ومسطحة ، مع عدد قليل من الفجوات الرئيسية والعديد من الفجوات الصغيرة. إنها ليست صلبة ، ولكنها عبارة عن مجموعة ضخمة من الأجزاء الجليدية ، كلها تدور حول خط الاستواء في زحل في نمط مروري يجعل ساعة الذروة في مدينة كبيرة تبدو بسيطة بالمقارنة. تتكون جزيئات الحلقة الفردية بشكل أساسي من جليد الماء وعادة ما تكون بحجم كرات بينج بونج وكرات التنس وكرات السلة.

نظام أورانوس

النظام الدائري والقمري لأورانوس مائل بزاوية 98 درجة ، تمامًا مثل الكوكب نفسه. يتكون من 11 حلقة و 27 قمرا معروفا حاليا. تتشابه أكبر خمسة أقمار في الحجم مع ستة أقمار عادية لكوكب زحل ، بأقطار تتراوح من 500 إلى 1600 كيلومتر. تم اكتشاف حلقات أورانوس في عام 1977 ، وهي عبارة عن شرائط ضيقة من مادة داكنة مع وجود فجوات واسعة بينهما. يفترض علماء الفلك أن جسيمات الحلقة محصورة في هذه المسارات الضيقة بسبب تأثيرات الجاذبية للعديد من الأقمار الصغيرة ، والتي لم نلمح الكثير منها بعد.

نظام نبتون

لدى نبتون 14 قمراً معروفاً. أكثرها إثارة للاهتمام هو Triton ، وهو قمر كبير نسبيًا في مدار رجعي - وهو أمر غير معتاد. يتمتع Triton بجو رقيق للغاية ، وقد اكتشفت Voyager ثورات بركانية نشطة هناك في تحليقها عام 1989. لشرح خصائصه غير العادية ، اقترح علماء الفلك أن تريتون ربما نشأ خارج نظام نبتون ، ككوكب قزم مثل بلوتو. حلقات نبتون ضيقة وخافتة. مثل تلك الموجودة في أورانوس ، فهي تتكون من مواد داكنة وبالتالي يصعب رؤيتها.


حل Wolfram لعلوم الأرض

قم بمحاكاة تطبيقات علوم الأرض الخاصة بك باستخدام نماذج تفاعلية بالكامل تتضمن معالجة الصور الحديثة والبيانات الجيوديسية المضمنة والقوة الحسابية التي يمكن أن يوفرها حل Wolfram فقط.

يتضمن تحليل النموذج الاحتمالي ، حل المعادلات التفاضلية الأكثر تقدمًا في العالم من خلال معالجة رمزية تلقائية ، واختيار الخوارزمية والتحكم الدقيق.

تشمل تقنيات Wolfram الآلاف من وظائف مدمجة و البيانات المنسقة في العديد من الموضوعات التي تتيح لك:

  • تصميم شبكات التحكم العالمية والوطنية القائمة على البيانات وأنظمة التنسيق لدراسة الظواهر الجيوديناميكية ، مثل حركة القشرة الأرضية وحركات المد والجزر والحركة القطبية والمزيد
  • يفهم أنماط المناخ العالمي باستخدام بيانات الطقس المضمنة
  • التحسين والتحليل صور الأقمار الصناعية لدراسة السمات الجيولوجية ذات الأهمية
  • تحديد الكمية خطر الزلزال في المناطق منخفضة الزلازل
  • اشتق ومؤامرة أنظمة المعادلات لمحاكاة تأثير الأعطال على تدفق المياه الجوفية
  • نفذ التعميم الإحصائي ومحاكاة الحركات الأرضية لخطر الزلزال الموحد
  • طور طرق على غرار نظم المعلومات الجغرافية الموزعة مكانياً لتحليل استقرار المنحدر الاحتمالي
  • اشتق وقيم الضغوط والإزاحات في الطبقات المرنة القابلة للانضغاط من طيات الستارة والتطبيقات الجيوميكانيكية الأخرى
  • نموذج تأثير علم المعادن على تبديد الحرارة الاحتكاكي بالقرب من الأعطال وتطبيقات الجيولوجيا الهيكلية الأخرى
محاكاة سلوك أمواج المحيط أثناء كارثة تسونامي تصور الاتجاهات المناخية طويلة المدى

هل الحالي الخاص بك مجموعة الأدوات لديك هذه المزايا؟

  • إنشاء تطبيقات تفاعلية على الفور لدراسة الظواهر الجيولوجية ، مثل انتشار الموجات الزلزالية وحركة المد والجزر والمزيد
    لا يمكن الإنشاء الفوري للواجهات التفاعلية في البرامج الأخرى
  • ينتج عن المدخلات اللغوية ذات الشكل الحر نتائج فورية دون الحاجة إلى بناء الجملة
    فريدة من نوعها لتقنيات ولفرام
  • التكامل السلس للترميز والحساب والتحليل الاحتمالي والتصور التفاعلي للظواهر الجيولوجية في وثيقة واحدة
    فريدة من نوعها لتقنيات Wolfram
  • خوارزميات معالجة صور مدمجة ذات قوة صناعية لتحليل بيانات الأقمار الصناعية والرادار
    يتطلب Matlab شراء مربعات أدوات إضافية تتطلب أنظمة البرامج الأخرى شراء برامج معالجة الصور مثل IDL
  • يمكنك التبديل بسهولة بين الإحداثيات الديكارتية والكروية للتحليل المكاني وتحليل الزلازل وإسقاط الخريطة بدقة عالية
    فريدة من نوعها لتقنيات ولفرام
  • ينتج عن التحكم الآلي في الدقة والأرقام الدقيقة التعسفية نتائج دقيقة للغاية للتطبيقات في الميكانيكا الأرضية والجيولوجيا الهيكلية والمزيد
    يمكن أن يتسبب Excel و Matlab والأنظمة الأخرى التي تعتمد على الأرقام الدقيقة الدقيقة في حدوث أخطاء جسيمة بسبب نقص الدقة
  • تحكم سهل الاستخدام في الحوسبة المتوازية وقدرات لحل مشكلات الحساب أو البيانات كثيفة الاستخدام على أجهزة الكمبيوتر متعددة النواة
    البرمجة المكثفة مطلوبة في جميع أنظمة البرامج الرئيسية لموازنة العمليات
  • تحليلات إحصائية قوية مدمجة وإجراءات التحسين لتحليل كميات كبيرة من البيانات من الرادارات والأقمار الصناعية والمزيد
    يتطلب Matlab شراء صناديق أدوات إضافية
  • تكامل دقيق لوظائف علوم الأرض المتخصصة في لغة Wolfram وأكثر من 20 مجال تطبيق مدمج مثل GIS والإحصاءات ومعالجة الصور والمزيد
    يلزم ArcGIS و STATA و SPSS و IDL وحزم البرامج المتخصصة الأخرى للحصول على الوظائف المضمنة في لغة Wolfram يتطلب Matlab شراء مربعات أدوات إضافية
إنشاء نموذج بسيط للإعصار (دوامة رانكين) استيراد وتحليل وتقديم البيانات الطبوغرافية ونظام المعلومات الجغرافية

12.1: الأمواج - علوم الأرض

النمذجة والمحاكاة وتحليل البيانات

تنشر علوم الأرض الحاسوبية أوراقًا عالية الجودة حول النمذجة الرياضية والمحاكاة والتحليل العددي والجوانب الحسابية الأخرى لعلوم الأرض. تركز المجلة بشكل خاص على الأساليب العددية المتقدمة لمحاكاة التدفق والنقل تحت السطح ، والجوانب المرتبطة بها مثل التقديرية ، والشبكات ، والترقية ، والتحسين ، واستيعاب البيانات ، وتقييم عدم اليقين ، والحوسبة المتوازية والشبكات عالية الأداء.

كما سيتم النظر في الأوراق التي تتناول موضوعات مماثلة ولكن مع تطبيقات في مجالات أخرى في علوم الأرض ، مثل ميكانيكا الأرض أو الجيوفيزياء أو علم المحيطات أو الأرصاد الجوية.

توفر المجلة منصة للتفاعل والتعاون متعدد التخصصات بين المجموعات العلمية المتنوعة ، من الأوساط الأكاديمية والصناعية ، والتي تشترك في الاهتمام بتطوير النماذج الرياضية والخوارزميات الفعالة لحلها ، مثل علماء الرياضيات والمهندسين والكيميائيين والفيزيائيين وعلماء الأرض.

  • يغطي النمذجة الرياضية والمحاكاة وتحليل البيانات وعدم اليقين والحوسبة عالية الأداء
  • يركز على الجوانب الكمية للنماذج والطرق الرياضية والعددية
  • يبني تعاونًا متعدد التخصصات بين علماء الرياضيات والمهندسين والكيميائيين والفيزيائيين وعلماء الأرض
  • تسهيل تبادل المعلومات عبر التخصصات

استخدام موجات رايلي للكشف عن عمق مكب نفايات ضحل

تصف هذه الورقة دراسة حالة لتحديد مدى ضحلة مدافن النفايات في موقع كان من المقرر اجتيازه بواسطة طريق جديد. كان تقدير العقد المسبق لكميات المكب المراد إزالته مطلوبًا ، وعلى الرغم من أن الامتداد الجانبي التقريبي للمكب لم يكن معروفًا ، إلا أن العمق لم يكن كذلك. لذلك قدمت فرصة حيث يمكن إجراء قياسات لعمق المكب باستخدام تقنية جيوفيزيائية غير تدخلية وستسمح الحفريات اللاحقة بالقياس المادي للعمق الفعلي للمكب.

من الصعب تحديد عمق المكب الضحل باستخدام طرق غير تدخلية. تحتاج الجيوفيزياء السطحية التقليدية إلى تباينات عالية الصلابة وطبقات متناسقة على طول خطوط المسح وتفسير ذي خبرة لتحقيق أفضل النتائج. توفر تقنية موجة رايلي إمكانية الحصول على سرعة الموجة مقابل ملفات تعريف العمق عند نقاط منفصلة عبر موقع ما ، مما يتيح إنشاء قسم بشكل أفضل لإظهار مدى مدافن النفايات.

تحدد الورقة تقنية موجات رايلي ، وتقدم البيانات وتقارن الأقسام المتوقعة مع تلك الناتجة من بيانات مسح الموقع. توضح دراسة الحالة فعالية التكلفة لقياسات موجات رايلي ذات الجودة العالية مع تفسير مباشر خاص بالموقع لتقدير مدى مدافن النفايات الضحلة.


الاستنتاجات

من خلال إعادة تحليل البيانات المختبرية الحالية لتعرية الجرف ، حصلنا على علاقة أساسية (المعادلة (7)) ، وهي مفيدة لوصف تطور الساحل الصخري. تم بناء نموذج تنموي للمنصات من النوع B السائد في اليابان بناءً على هذه المعادلة. تم النظر في عملية تخفيف الموجة على هذا النوع من المنصات وتأثير التجوية على تقليل قوة الصخور. تم تطبيق النموذج على سواحل يابانية على المحيط الهادئ في بيئة ذات طاقة موجية عالية ومبيد دقيق. على الساحل الجنوبي الغربي لشبه جزيرة كيي ، تم فحص معدلات التطوير طويلة المدى للمنصات من النوع B باستخدام البيانات السابقة لعرض المنصة وقوة الصخور: أشارت النتيجة إلى أن معدل بدء المنصة (6000 سنة قبل الميلاد) أكبر بمرتبتين من حيث الحجم أن التطور الحالي (الشكل 12.14). في منصة Ebisu-jima ، تم استكشاف عمليات التطوير قصيرة المدى باستخدام سجلات الموجات وقياسات MEM على الجرف المتجه إلى اليابسة. على الرغم من أن النموذج مكننا من وصف التباين الزمني في تطوير المنصة ، إلا أن حساب النموذج والنتيجة الفعلية لم يكنا في اتفاق مرضٍ (الشكل 12.19). ربما يرجع هذا إلى أن النموذج لا يمكن أن يتضمن بشكل مناسب تأثير التجوية تحت الجوية على مقاومة الجزء السطحي من الصخور المكونة للجرف.


شاهد الفيديو: العلوم. خصائص الأمواج (شهر اكتوبر 2021).