המקור של קימוטי משקעים רכים לאורך תצורת הליסאן ניקשר לפעילות הטקטונית של מערכת השברים בבקע ים המלח בתקופת הפלייסטוקן המאוחר. תצורת הליסאן מהווה מקור למידע פלאוסיסמי רב המתעד את הפעילות הטקטונית בזמן השקעת השכבות. לאורך השנים, נחלים שהתחתרו בקרקע הפריכה של תצורת הליסאן חשפו מגוון רב מאוד של דפורמציות: שכבות ערבוב (ברכציה), שברים, דייקים וקימוטים גליים. מבט על תצורות הקימוט הגליות של אותם סייסמיטים בשכבות המשקעים מגלה דימוין רב בין גיאומטרית הקימוטים לתופעה מוכרת אחרת מדינאמיקת זורמים; אי-יציבות גזירתי (shear instability ) בשם Kelvin-Helmholtz Instability (KHI) . תופעה זו קוראת במצב בו שכבה קלה של חומר זורמת על גבי שכבה כבדה יותר. במצב של חוסר יציבות זה הפרעות קטנות נוטות להתגבר ולגדול תחת השפעת אלמנט הגזירה. במחקר זה אנו מתחקים אחר המכניזם שהביא ליצירת קימוטים אלו תוך מתן דגש על הפרמטרים הדינמיים ותנאי הגבול של האזור. אנו בודקים היתכנות מכניזם מסוג KHI ליצירת קימוטים אלו על ידי שימוש בשלושה אספקטים שונים: אנליזה ספקטראלית של הקימוטים השונים לאורך תצורת הליסאן, הדמיה ממוחשבת של המערכת באמצעות תוכנת Fluent ולבסוף ניסוי מעבדתי. ההבנה של מכניזם זה יכול ללמד אותנו רבות על התנאים שהובילו ליצירת קימוטים אלו, והבנה טובה יותר של התכונות של אותן רעידות אדמה.
השכבות הדקיקות (למינות) של תצורת הליסאן, כהות ובהירות לסירוגין, מייצגות השקעה רצופה לאורך הרבעון האחרון תחת מחזוריות עונתית של עונה לחה ועונה יבשה. השכבות הקדומות ביותר הן בנות 70,000 שנה, בעוד גיל השכבות הצעירות הוא כ-15,000 שנה. משקעים אלו הם שרידיו של אגם קדום בשם "אגם הליסאן" (אגם הלשון), אשר שטחו השתרע על כ-2900 קמ"ר; האב הקדום של ים המלח והכינרת של ימינו. האיכות הגבוהה של הלמינות (שעוביין נע בין מילימטרים ספורים עד לסנטימטרים בודדים) מהווה מצע בעל רזולוציה טובה לביצוע אנליזות ומדידות בדיוק רב עבור מחקרים פלאוסייסמים מסוג זה. לאורך כל תקופת השקעת תצורת הליסאן, ספגו משקעים אלו את האנרגיה הסיסמית מרעידות האדמה האזוריות והתקמטו בעודן בוציות. עדויות לפעילות טקטונית צעירה יותר קיימת באתר ההיסטורי מצדה. ממצאים ארכיאולוגים מצביעים על פעילות טקטונית המלווה ברעידות אדמה חזקות משברים פעילים באזור.
ביצענו חקירה גיאומטרית של שכבות מקומטות על גבי מחשופים בתצורת הליסאן בנחל פרצים ונחל חווארי-מצדה. הקימוטים מופיעים בצורה דמוית גלים ועל כן ניתן לאפיינם על פי תכונות גליות כגון אורך גל ואמפליטודה. הקימוטים מופיעים בגדלים שונים (ממספר מילימטרים ועד כחצי מטר) ובשלבים שונים של קימוט, ממצב ליניארי (של גל כמעט הרמוני), לשלב לא-ליניארי ולבסוף שלב כמעט-ערבולי (טורבולנטי). מדדנו אורכי גל ואמפליטודות של יותר מ 300 קימוטים שונים על גבי המחשופים של הנחלים פרצים וחווארי-מצדה. אנליזות ספקטראליות שונות (של קימוטים גליים בודדים, קימוטי גליים חזרתיים, וקימוט של מספר שכבות יחד) מראות כי קימת תאימות ספקטראלית טובה באופן הופעת תבניות אלו וכי תאימות זו קרובה באופן מדהים לספקטרום-חוק-החזקה של קולמוגורוב עבור זרימה טורבולנטית. חוק החזקה של קולמוגורוב מבטא את הקשר בין מספר הגל (ביחס הפוך לאורך הגל) לבין האנרגיה של אותו גל (המיוצגת כאמפליטודה בריבוע) על פי הקשר . משמעותו של קשר מסוג זה מובילה אותנו למסקנה כי קיים קשר נסיבתי ליצירת קימוטים אלו אשר מקורו בזרימה בעלת מאפיינים טורבולנטים.
התהליך הטבעי של השקעה סדימנטארית מוביל ליצירת שכוב המאופיין בגראדיינט צפיפויות, כך ששכבה קלה של משקעים נוצרת על גבי שכבות צפופות יותר בתחתית האגם. גראדיינט צפיפויות דומה קיים בשכבות אויר אטמוספריות ובשכוב ימי באוקיאנוסים, על כן מכנאניזם הערבול KHI נצפה רבות במדיומים אלו ומאופיין כתופעה בעלת תכונות טורבולנטיות. תכונות אלו נובעות מחוסר היציבות הגזירתי ומולידות תהליכים לינאריים שמתפתחים דרך שלבים לא-לינאריים לטורבולנציה. בהינתן מקור אנרגיה, כוח גראדיינט הלחץ משפיע באופן הפוך על שכבות החומר, כך ששכבות קלות יותר ינוע מהר יותר על גבי שכבות כבדות וצפופות ובאופן זה נוצר מצב של אי-יציבות גזירתי. בנוסף, הפרעות מחזוריות או מקומיות עלולות להתגבר ולגדול על גבי משטח המגע בין השכבות (על בסיס מצב אי-היציבות) לגלים מסוג KHI .
הזנו את מבנה פרופיל הצפיפויות של הליסאן לתבנית נומרית (Mesh ), דו-ממדית, מלבנית ברוחב 2 מטר וגובה 1 מטר, המורכבת מ 20,000 תאים. המלבן מדמה חלון לפרופיל הקרקע על תחתית אגם הליסאן, שתי שכבות של משקע אגמי, בעלות צפיפות וצמיגות שונה, מסודרות הקלה ( r=1600 kg/m3 ) על גבי הכבדה ( r=1750 kg/m3 ) וצמיגות של 0.3 ו 3Pas בהתאמה. את הצמיגות שחזרנו ממדידות שביצענו בדגימות משקעים מתצורת צאלים אשר דומה בהרכבה למשקעי תצורת הליסאן (הרטובה). תנאי השפה הוגדרו באופן כזה שהזרימה של החומר מתבצעת משמאל לימין בעוד התקרה ותחתית המלבן הוגדרו כקירות. הוגדר פרופיל מהירויות אשר הכתיב את שדה המהירות של השכבות ,לתוכו התווספה הפרעה מחזורית (סינוסואידאלית) בתדירות של 1 הרץ ובאמפליטודה קטנה מאוד ביחס למערכת. על גבי שכבת המגע בין השכבות התפתחה ההפרעות המחזוריות לגלים אשר הלכו והתגברו עם הזמן (אמפליטודה ואורך גל). הפרש המהירויות בין השכבות הוגבר בכל סימולציה כך שהתקבלה השפעת הגזירה על ההתנהגות ואופי היווצרות גלים אלו. הסימולציות הראו כי ניתן לקבל גלי KHI בקונפיגורציה זו ממצב בו הפרש המהירויות בין השכבות גדול מ 1 מ/ש וזאת בזמן אופייני של כחצי שנייה.
האנרגיה הסיסמית אשר חודרת לקרקע כתוצאה מרעידות אדמה מייצרת גראדירנט לחצים אשר משפיע באופן אינרטי על שכבות המשקעים. אך מבדיקה שביצענו (שכללה הערכה כמותית של כוח גראדיאנט הלחץ המופק מרעידת אדמה במגניטודה 6.5 והדמיה נומרית של השפעת כוח גראדיינט הלחץ על פרופיל מסוג זה) הבנו כי כוח גראדיאנט הלחץ לבדו איננו מספיק על מנת להפיק הפרש מהירויות בסדר גודל של 1 מ/ש. לכן יש לקחת בחשבון גורמים נוספים הקשורים במבנה הקרקע ובאופן התפשטות הגלים בתוך אזורי בקע. לגלים הסיסמיים יש נטייה להיכלא בתוך גבולות המערכת ולהתעצם תוך שהם מוחזרים מדפנות הבקע. במקביל, גלי שטח (כגון ריילי ולאב) מושפעים מפרופיל הצפיפות של הקרקע. באופן דומה להשפעת כוח גראדיאנט הלחץ, יש להניח כי שכבות קלות יותר ינועו מהר יותר תחת השפעת תנודות אלו ויעצימו את גראדיאנט המהירות. אלמנטים אלו לא נלקחו בחשבון במודל ההתחלתי אשר נבנה בבסיסו בדומה למודלים אטמוספריים ואוקיאניים ומושטת על השפעת כוח גראדיאנט הלחץ בלבד. אנו מניחים כי במקרה של רעידת אדמה, גורמים אלו מתווספים לכוח גראדיאנט הלחץ ומפיקים הפרש מהירויות גדול מ 1 מ/ש. הסימולציות הנומריות מראות כי במצב בו הפרש המהירויות הוא 1.5 מ/ש, ניתן לקבל גל KHI מפותח בזמן של כ 0.5 שנייה, חצי מזמן המחזור שהתנודה האנרגטית ביותר הנוצרת ברעידת אדמה.
במקביל לתהליך הקימוט, תהליכי ניזול (ליקוו'יפקציה) סחטו את המים מתוך המשקעים אל האגם והורידו את רמת הנקבוביות (הפורוזיות) במשקעים. על כן קימוטים אלו קפאו לאחר הדחיפה הראשונית של רעידת האדמה ולא הוסיפו להתעוות. עדות לכך היא התצורה בה מופיעים הקימוטים. מרבית הקימוטים הגליים שומרים על אחידות בכיוון הקימוט לאורך השכוב, אשר יכולה להצביע על כיוון הזרימה.
בשלב השלישי של המחקר ביצענו ניסוי מעבדתי אשר מדמה באופן פיזי את הניסוי הנומרי. בניסוי זה הכנסנו לאקווריום זכוכית שכבות של חומר מתצורת צאלים ויצרנו שכוב זהה לזה שנחקר בניסוי הנומרי. את האקווריום הטנו לזווית של 45 מעלות כך שתאוצת הכובד השפיעה על שכבות החומר, ושכבה קלה יותר זרמה על גבי השכבה הכבדה. לאחר מספר שניות נוצר גל דומה בצורתו לקימוטים מתצורת הליסאן ולגלי KHI מהניסוי הנומרי. אומנם, הזמן האופייני ליצירת גל KHI בניסוי המעבדתי גדול בהרבה מזמן אופייני של רעידת אדמה, אבל פרמטריזציה של מרכיבי הבעיה על פי מספר ריינולדס הוכיחה כי ניסוי זה מדמה את התהליך בקרוב טוב.
במחקר זה חקרנו את היתכנות מכניזם מסוג KHI משלושה אספקטים שונים. לבסוף הוכחנו (גם על ידי שלילת מכניזמים אחרים) כי מכניזם מסוג זה אחראי על תהליך היווצרות של הקימוטים הגליים מתצורת הליסאן. לבסוף הראנו כי מכניזם זה מאפשר לכמת את עוצמת רעידת האדמה על ידי ניתוח אמפליטודת הקימוטים במצב בו השפעת רעידת אדמה על פרופיל מהירויות הזרימה ידועה.