Деревья спасут от землетрясений

Здания можно частично защищать от землетрясений, высадив около них специальные ряды деревьев. Такой эффект обеспечивается благодаря взаимодействию типа сейсмических волн под название волны Лява с препятствиями определенной высоты. Встретив на своем пути препятствие в виде деревьев, эти возмущения перенаправляются. Результаты работы физиков изложены в препринте на сайте arXiv.org.

Взаимодействие волнового возмущения с материалом зависит от многих параметров. Существует особый класс структур под названием метаматериалы, у которых оно в первую очередь определяется расположением элементов, а не составом. Например, уже созданы метаматериалы для электромагнитного излучения, которые позволяют искривлять траектории лучей света, что в будущем позволит маскировать объекты от обнаружения. Подобные вещества можно создать и для механических волн, в частности, сейсмических.

Пассивная защита зданий от землетрясений обычно направлена на то, чтобы подавлять отдельные резонансные частоты постройки, однако сейсмические «плащи-невидимки» в теории могут быть эффективны для широкого диапазона параметров возмущений. Такая защита может состоять из массива расположенных определенным образом скважин в земле или, наоборот, торчащих из нее столбов, и может быть использована для экранирования исторически ценных конструкций, в которые нельзя вносить изменения.

Ученые под руководством Себастьяна Жюно из Института Френеля в Марселе уже демонстрировали принципиальную реализуемость подобного подхода, высверлив скважины пятиметровой глубины, которые позволили перенаправить половину энергии волны назад к источнику. Также они показали, что природные объекты, такие как лес, могут отражать особые поверхностные волны Рэлея, которые порождаются, например, ветром или дорожными работами.

В новом теоретическом исследовании ученые обосновали, что при помощи деревьев можно защищаться от сейсмических волн Лява. Подобно волнам Рэлея они распространяются вдоль поверхности, но, в отличие от них, вызывают только движения из стороны в сторону в горизонтальной плоскости, которые особенно опасны для зданий. Оказалось, что если волны Лява движутся вдоль леса с деревьями постепенно уменьшающейся высоты, то они распространяются только до растений определенной высоты, после чего отражаются вглубь земли. Это происходит потому, что волны заставляют сами деревья колебаться, превращяя их во вторичные источники волн, в результате чего энергия колебаний рассеивается. Лес с деревьями с увеличивающейся высотой приведет к рассеянию волн назад в сторону источника.