Численное моделирование динамики и устойчивости лавовых куполов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-17-00027

НазваниеЧисленное моделирование динамики и устойчивости лавовых куполов

Руководитель Исмаил-Заде Али Тофик оглы, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук (ИТПЗ РАН) , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-410 - Современная геодинамика, моделирование геодинамических процессов

Ключевые слова теоретическая геофизика, вулканология, вычислительная геодинамика, численное моделирование

Код ГРНТИ37.21.77

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на численное моделирование динамики и устойчивости лавовых куполов с целью изучения и понимания связи наблюдаемых величин (высоты, диаметра, морфологии, температуры поверхности и др.) с процессами и изменениями физических параметров внутри лавового купола. Для изучения этой научной проблемы будут использованы современные методы математического и численного анализа динамических задач течения неньютоновских жидкостей. По рассчитанному распределению напряжений внутри купола с использованием аппарата механики разрушения будет оценена возможность гравитационного коллапса лавового купола, приводящего к образованию пирокластических потоков, являющихся основной причиной разрушений и человеческих жертв при экструзивных извержениях. Актуальность и важность этих исследований связана с необходимостью разработки новых методик мониторинга лавовых куполов для предсказания их возможного обрушения и взрывной дезинтеграции. Модели позволят исследовать влияние изменения реологии магмы на ее динамику и механизмы транспорта с учетом ее теплообмена с окружающей средой и солидификации. В настоящее время не существует моделей, которые бы позволили предсказывать динамику лавовых куполов и связи их морфологии с процессами роста. Имеющиеся лабораторные эксперименты не обладают полнотой критериев подобия, а натурные измерения ограничены поверхностным слоем лавовых куполов. В проекте для решения граничных задач для моделирования динамики лавовых куполов в дву- и трехмерном областях будут использоваться численные методы конечных объемов, а также метод гидродинамики сглаженных частиц. Эти методы хорошо зарекомендовали себя в практических приложениях и используются интенсивно при моделировании гeoдинамических процессов и лавовых потоков. Конкретными задачами по проекту будут создание моделей: экструзии магмы, ее течения и формирования лавового купола; образования обелисков, эндогенного роста или выдавливания отдельных порций магмы; для определения физических характеристик магмы по известным физическим параметрам (температуре и тепловому потоку) на поверхности купола; для определения вязкости лавы по известным физическим параметрам (температуре и смещениям) лавы на ее поверхности; течения магмы в канале вулкана с учетом кинетики кристаллизации магмы и ее неньютоновских свойств. Динамика лавовых куполов на вулканах Суфриер Хиллз и Маунт Сент Хеленс, как наиболее изученных экструзивных извержениях, будет исследована с целью разработки методик оценки возможности дезинтеграции купола.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Цепелев И.А.,Исмаил-Заде А.Т., Стародубцева Ю., Короткий А.И., Мельник О.Э. Crust development inferred from numerical models of lava flow and its surface thermal measurements Annals of Geophysics, 62, 2, VO26 (год публикации - 2019)
10.4401/ag-7745

2. Мельник О.Э., Цветкова Ю.Д. О влиянии неньютоновских свойств магмы на течение в канале вулкана XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Уфа, 19-24 августа 2019 г., стр. 97-99 (год публикации - 2019)

3. Исмаил-Заде А.Т., Цепелев И.А., Стародубцева Ю.В., Короткий А.И., Мельник О.Э. Lava crust development inferred from numerical models and surface thermal measurements Abstract of the Fall Meeting of the American Geophysical Union, San Francisco, California, USA (год публикации - 2019)

Публикации

1. Исмаил-Заде А.Т., Мельник О.Э., Цепелев И.А. Morphology of lava domes inferred from numerical modeling EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020, EGU2020-1962 (год публикации - 2020)
10.5194/egusphere-egu2020-1962

2. Мельник О.Э Shear localization during magma ascent: results from quasi-2D numerical simulations EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020, EGU2020-3284 (год публикации - 2020)
10.5194/egusphere-egu2020-3284

3. Цепелев И.А., Исмаил-Заде А.Т., Мельник О.Э. Lava dome morphology inferred from numerical modelling Geophysical Journal International, 223, 1597–1609 (год публикации - 2020)
10.1093/gji/ggaa395

4. Исмаил-Заде А.Т. Geodynamics, seismicity, and seismic hazards of the Caucasus Earth-Science Reviews, 207, 103222 (год публикации - 2020)
10.1016/j.earscirev.2020.103222

5. Веденеева E.A. Spreading of Lava as a Non-Newtonian Fluid in the Conditions of Partial Slip on the Underlying Surface Fluid Dynamics, 56 (1), 18–30 (год публикации - 2021)
10.1134/S0015462821010158

6. Цепелев И.А., Исмаил-Заде А.Т. , Мельник О.Э. ТРЕХМЕРНОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛАВОВОГО ПОТОКА 4 САММИТ-ЛЕЙК, ЙЕЛЛОУСТОН, США Физика Земли (год публикации - 2021)

7. Стародубцева Ю.В., Стародубцев И.С., Исмаил-Заде А.T., Цепелев И.А., Мельник О.Э., Короткий А.И. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЯЗКОСТИ МАГМЫ ПО МОРФОЛОГИИ ЛАВОВОГО КУПОЛА Вулканология и сейсмология (год публикации - 2021)

8. Веденеева Е.А. РАСТЕКАНИЕ ЛАВОВЫХ ПОТОКОВ С УЧЕТОМ ИХ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ ПРИ ИЗВЕРЖЕНИЯХ ТРЕЩИННОГО ТИПА ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ-МЕХАНИКОВ YSM-2020 (3−13 сентября 2020 г., Сочи, «Буревестник» МГУ): Тезисы докладов. – М.: Издательство Московского университета, 2020., с. 44. (год публикации - 2020)

9. Исмаил-Заде А., Стародубцева Ю., Стародубцев И., Цепелев И., Короткий А., Мельник О. Predicting lava dome viscosity by analyzing its observed morphology American Geophysical Union Fall Meeting Abstracts (год публикации - 2020)

Публикации

1. Зейналова Н., Исмаил-Заде А., Мельник О., Цепелев И., Зобин В. Lava dome morphology and viscosity inferred from data-driven numerical modeling of dome growth at Volcán de Colima, Mexico during 2007-2009 Frontiers in Earth Science, 9:735914 (год публикации - 2021)
10.3389/feart.2021.735914

2. Хейфиц-Шкабаренко А., Исмаил-Заде А., Зоммер А. Active cloaking and illusion of electric potentials in electrostatics Scientific Reports, 11:10651 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-89062-1

3. Цепелев И.А., Исмаил-Заде А.Т., Мельник О.Э. Lava dome evolution at Volcán de Colima, México during 2013: Insights from numerical modeling Journal of Volcanology and Seismology, Vol. 15, No. 6, pp. 491–501 (год публикации - 2021)

4. Исмаил-Заде А. Natural hazards and climate change are not drivers of disasters Natural Hazards, https://link.springer.com/article/10.1007/s11069-021-05100-1 (год публикации - 2021)
10.1007/s11069-021-05100-1

5. Зейналова Н., Исмаил-Заде А., Мельник О., Цепелев И., Зобин В. Data-Driven Numerical Modeling of the Lava Dome Growth at Volcán de Colima, Mexico During 2007-2009 American Geophysical Union Fall Meeting Abstracts, https://agu.confex.com/agu/fm21/meetingapp.cgi/Paper/795479 (год публикации - 2021)

6. Зейналова Н.Р., Исмаил-Заде А.Т., Мельник О.Э., Цепелев И.А., Зобин В.М. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РОСТА ЛАВОВЫХ КУПОЛОВ НА ПРИМЕРЕ ВУЛКАНА КОЛИМА В МЕКСИКЕ Тезисы II Всероссийской научной конференции с международным участием "СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ И ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ", стр. 49 (год публикации - 2021)