Каковы причины возникновения цунами

Я подумал, что полезно будет рассказать про некоторые физические свойства цунами. Всё это стандартный материал, но тем не менее.
Волны на мелкой воде
Вы будете смеяться, но в математической физике цунами считаются «волнами на мелкой воде». Этот термин означает, что длина волны намного больше глубины водоема. Длина волны цунами — десятки и сотни километров (так получается просто потому, что сейсмические цунами рождаются от сдвигов участков коры протяженностью десятки-сотни км). Поскольку глубина океана — несколько км, условие волн на мелкой воде выполнено.
Цунами сильно отличаются от обычных ветровых волн. Во-первых, в открытом океане цунами имеет высоту меньше метра, а значит при длине волны в десятки км цунами практически незаметно. Во-вторых, если при ветровых волнах реально колеблется только приповерхностный слой воды, то из-за цунами вода движется вперед-назад по всей толще океана, вплоть до дна. Именно поэтому для распространения цунами так важен придонный рельеф океана — цунами реально натыкается на горы, которые могут находиться на глубине в километры.
Скорость
Вообще, цунами движется за счет перетекания воды в поле тяжести. Поэтому скорость цунами определяется ускорением свободного падения g и локальной глубиной океана h:
Длина волны тут не важна, по крайней мере до тех пор, пока она много больше глубины. Если в эту формулу подставить числа, то для глубины 4 км получится 200 м/сек! Однако как только волна выходит на мелководье, скорость резко падает: при глубине 10 м скорость составляет всего 10 м/сек.
Это очень важная формула. Она показывает, что цунами не надо представлять себе «баллистически» — т.е. так, словно большая масса воды «по инерции» разлетается во все стороны от очага с постоянной скоростью. Цунами — это «коллективный эффект», зависящий не столько от самой среды, сколько от «граничных условий», т.е. от формы водоема.
Ну и конечно не надо смешивать скорость перемещения волны и скорость течения воды. Сама вода движется довольно медленно: ее скорость примерно в x/h раз меньше скорости волны, где x — это амплитуда волны, h — глубина океана; т.е. в открытом океане примерно на 4 порядка меньше скорости волны.
Опрокидывание
Из такой формулы для скорости цунами вытекают еще два следствия.
Первое — при выходе на мелководье высота волны растет. Картинка тут простая: передная часть колебания, выйдя на мелководье, резко притормаживается, задняя ее догоняет, и вода поднимается. Можно еще сказать так: в пренебрежении потерями энергии на трение о дно и вязкость, продольное сжатие волны означает повышение плотности энергии, а значит, рост высоты волны.

Второе следствие — опрокидывание. Это уже нелинейный аспект волн на мелкой воде. Упрощенно, картинка такая (см. рисунок). В той формуле под h следует понимать локальную глубину, которая различная на гребне и во впадине волны. Это значит, что гребень будет стараться опередить впадину при своем движении вперед. Ясно, что чем мельче водоем, тем сильнее этот эффект (глубина уменьшается, а высота волны растет). Поэтому при подходе к берегу верх волны не только поднимается, но и стремится опрокинуться вперед.

О некоторых других свойствах поведения цунами см. в популярной статье с картинками Физика цунами из журнала «1 сентября: физика», а математические подробности см. в книге Дж. Уизем (Whitham), «Линейные и нелинейные волны».
Интерференция
Цунами, как и любая волна, может интерферировать. Если волна пришла в какое-то место сразу по нескольким путям (за счет преломления и отражения), то она накладывается сама на себя. В результате локально может наблюдаться как очень слабый, так и очень сильный всплеск. «Узор» из больших всплесков на глобусе из-за интерференции как правильно очень сложный и сильно зависит от профиля океанического дна (см. картинку, взятую из статьиTsunami Scattering and Earthquake Faults in the Deep Pacific Ocean; ссылку подсказал Дмитрий Чубаров). Поскольку волна сильнее отражается от резких перепадов глубин, то даже относительне небольшие (высотой несколько сот метров), но крутые подводные горы или трещины, могут повлиять на картину интерференции и дальнейшее распространение волн.
Это наверно самая главная трудность в надежном предсказании времени прихода и высоты волны в тот или иной пункт. Профиль океанического дна известен всё еще довольно плохо. В принципе в некоторых районах океана специальные суда всё промеряли довольно хорошо, но весь океан они пока не покрыли. Оценивается, что для покрытия всего океана нужно время 100-200 корабле-лет и вложения порядка 1 млрд. долларов.
Однако есть и другой выход — спутниковые измерения из космоса. Это вообще довольно нетривиальная вещь. Всё основано на гравитации: подземные горы слегка притягивают к себе воду, из-за чего непосредственно над горой на поверхности океана будет небольшое вспучивание, высотой порядка сантиметров. Это вспучивание океана надо заметить со спутников (а точнее, измерить отклонение от вертикали), причем для этого приходится вычитать намного более сильные эффекты от волн.

В принципе, такие данные уже есть (см. напр.недавнюю статью), с разрешением порядка 20 км, но для еще более надежного предсказания распространения цунами очень желательно разрешение улучшить. Имеется проект нового спутника (Abyss-lite), который за несколько лет и относительно небольшие деньги смог бы улучшить разрешение в 2-3 раза, а также нанести на карту подводные горы меньшей высоты, чем сейчас. На самом деле, такие данные будут очень ценны по многим причинам, цунами — лишь одна из них. Подробнее см. в 32-страничном сборнике

Причины возникновения цунами в природе

Тысячи ученых во всем мире пытаются разобраться в причинах возникновения цунами, хотят изучить, как бороться с цунами, как избежать последствий после цунами.

Если загляните в японско-русский словарь, то найдете перевод слова «цунами» — «волна в гавани». Понятное дело, там нет ни слова о том, насколько опасны цунами, каковы причины возникновения цунами. Но то, что перевод слова «цунами» точный — это факт. Обращаем внимание, что «цунами» не склоняется: нельзя говорить «цунам», «цунамами», «цунамов», «цунамам». Во всех случаях используется форма «цунами». Но не будем отклоняться от темы. Нас больше интересует, что собой представляет цунами, какие основные причины возникновения цунами.

Цунами — невероятно огромные волны, способные нанести непоправимый урон живому и материальному миру. Несмотря на этот факт, заметить цунами в море сложно, когда волны цунами приходят к берегу, они увеличиваются в размерах, становятся очень заметными, это вызывает парализующий шок. Люди при виде цунами просто не знают, как себя вести. Цунами гипнотизируют.

Безусловно, многих манит столь уникальное явление, как цунами. Многие интересуются причинами возникновения цунами, последствиями цунами, возможностью предотвратить цунами.

Причины возникновения цунами: основные и второстепенные

По какой причине возникают цунами? В действительности их несколько.

Среди основных причин возникновения цунами представлены:

  • Причина возникновения цунами № 1 — подземные толчки. Землетрясение считается примерно в 85% ключевой причиной возникновения цунами. Когда происходит смещение морского дна, когда одна литосферная плита надвигается на другую, происходит подъем воды (цунами). Тем и отличаются цунами от других видов волн: во время цунами задействуется вся толща воды, а не ее поверхностная часть. Цунами начинается там, где произошел разлом земных плит, в эпицентре землетрясения. Образовавшиеся гребни могут быть разной высоты: от метра до семидесяти и больше. Такая причина возникновения цунами вызывает самые большие разрушения в прибрежных зонах. Скорость цунами может составлять 800-900 км/ч. Когда цунами приближается на береговой зоне, энергия волн становится более концентрированной — и мощная сила обрушивается на людей, постройки, деревья.
  • Причина возникновения цунами № 2 — оползни. Случаются они реже, чем землетрясения. Подобная причина возникновения цунами имеет особенность: оползни могут быть лишь в определенных местах. Цунами из-за оползней — явление нечастое, случаются редко. Оползни вызывают цунами лишь в 7% случаев. Они способны спровоцировать образование невероятно высоких волн: более 20-30 метров. Сила цунами в этом случае невероятно разрушительная. В истории было зафиксировано цунами, высота волн которого равнялась 524 метрам. Чаще оползни случаются в Индонезии. Особую опасность они несут в дельтах рек.
  • Причина возникновения цунами № 3 — вулканическое извержение. В океанах много вулканов, которые едва возвышаются над водной гладью, а еще больше вулканов расположено на самом дне. В процентном соотношении вулканы становятся причиной возникновения цунами в 5%.

Другие причины возникновения цунами: падение в океан небесных тел (комет, метеоритов) или огромных обломков скал, деятельность людей (к примеру, цунами возникает по причине проведения испытаний ядерного, атомного оружия в океанах, морях).

Цунами

Как вы понимаете, причинами цунами может быть что угодно, но чаще цунами — это «подарок» самой Матушки Природы. И людям остается лишь смириться с подобным «презентом», научиться выживать после цунами. Лучше, конечно, приложить максимум усилий по предвосхищению событий. И ученые, и простые люди обеспокоены последствиями цунами не меньше, чем причинами возникновения цунами. Если с причинами цунами бороться практически невозможно, то повлиять на последствия цунами, минимизировать их у нас есть шанс.

Цунами: страшные последствия

Когда мы слышим слово «цунами», первая мысль, приходящая на ум, — погибли люди. Безусловно, речь идет о самом страшном последствии цунами. Но есть и другие:

  • затопление прибрежных территорий;
  • уничтожение сельскохозяйственных угодий;
  • разрушение домов, стратегически важных объектов, зданий, сооружений;
  • повреждение кораблей, лодок, иных судов, которые были пришвартованы.

Цунами не выбирает, кого погубить, а что оставить в целости и сохранности.

Дабы существенно минимизировать ущерб от цунами, специалисты рекомендуют строить дома и прочие объекты подальше от берега. Когда следовать данной рекомендации не представляется возможным, имеет смысл возводить максимально прочные здания, на мощных колоннах, торцом по направлению к берегу. Тогда есть шанс, что ваш дом не сломается под ударом цунами.

Что касается судов, их лучше выводить в море сразу, как появится вероятность цунами.

Когда будет объявлено о том, что надвигается цунами, нужно быстро взять документы, какие-то продукты и жизненно важные вещи, а потом отправиться подальше от воды. Можно взобраться на гору (волны цунами не всегда высокие), можно просто уехать на пять-десять километров (лучше – больше). Так появится больше шансов на спасение от цунами. Точно спрогнозировать силу цунами, продолжительность цунами не могут ни ученые, ни уже существующее оборудование.

Внимательно смотрите на признаки цунами. Их мало. Землетрясение — первый предвестник цунами. Второй признак цунами – отлив. Третий признак цунами – нетипичное, непривычное поведение животных. Они первыми чувствуют угрозу. Когда все предвестники цунами сочетаются вместе, сомнений уже не остается. Надо бежать! Не рискуйте, не оставайтесь на побережье. Наслаждение от красоты цунами будет кратковременным, а жизнь вы уже себе не вернете. Все, кто видят волну, находятся ниже ее, а значит, у них нет возможности спастись.

Если бы все люди понимали природу цунами, если все знали, какие действия следует предпринимать в случае приближения цунами, жертв от стихии в мире было бы намного меньше, а количество спасшихся было бы намного больше. А это в свою очередь заставляет сделать соответствующие выводы.

Большая волна океана

Цунами — это длинные и высокие волны, появляющиеся в результате резкого смещения литосферных плит океанического дна во время подводных или прибрежных землетрясений (длина вала составляет от 150 до 300 км). В отличие от обыкновенных волн, появляющихся в результате воздействия на водную поверхность сильного ветра (например, шторма), волна цунами затрагивает воду от дна до поверхности океана, из-за чего даже невысоко поднятая вода нередко может привести к катастрофам.

Интересно, что для кораблей, находящихся в это время в океане, эти волны не опасны: большая часть взбудораженной воды находится в его недрах, глубина которых составляет несколько километров – а потому высота волн над поверхностью воды составляет от 0,1 до 5 метров. Приблизившись к побережью, тыльная часть волны догоняет переднюю, которая в это время слегка притормаживается, вырастает до высоты от 10 до 50 метров (чем глубже океан, тем больше вал) и на ней появляется гребень.

Следует учитывать, что наибольшую скорость надвигающийся вал развивает в Тихом океане (она составляет от 650 до 800 км/ч). Что касается средней скорости большинства волн, то она колеблется от 400 до 500 км/ч, но были зафиксированы случаи, когда они разгонялись до скорости в тысячу километров (скорость обычно увеличивается после прохождения волны над глубоководным желобом).

Световые столбы105344.64

Перед тем как обрушиться на побережье, вода внезапно и быстро отходит от линии берега, обнажая дно (чем дальше она отступила, тем выше будет волна). Если люди не знают о приближающейся стихии, они вместо того, чтобы как можно дальше уйти от берега, наоборот, бегут собирать ракушки или подбирать не успевшую уйти в море рыбу. А буквально через несколько минут прибывшая сюда на огромной скорости волна, не оставляет им на спасение ни малейшего шанса.

Необходимо учитывать, что если на побережье накатывает волна с противоположной стороны океана, то вода не всегда отступает.

В конечном счете огромная масса воды затапливает всю прибрежную линию и уходит вглубь суши на расстояние от 2 до 4 км, разрушая постройки, дороги, причалы и приводит к гибели людей и животных. Перед валом, расчищающий путь воде, всегда идёт воздушная ударная волна, которая буквально взрывает оказавшиеся на её пути здания и сооружения.

Интересно, что это смертельно опасное явление природы состоит из нескольких валов, а первая волна является далеко не самой большой: она лишь смачивает побережье, уменьшая сопротивление для следующих за ней валов, которые нередко приходят не сразу, и с интервалом в два-три часа. Роковой ошибкой людей является их возвращение на берег после ухода первого наскока стихии.

Причины образования

Одной из основных причин смещения литосферных плит (в 85% случаев) являются подводные землетрясения, во время которых одна часть дна поднимается, а другая – опускается. Вследствие этого океаническая поверхность начинает колебаться по вертикали, пытаясь вернуться к начальному уровню, формируя волны. Стоит заметить, что подводные землетрясения далеко не всегда приводят к образованию цунами: лишь те, где очаг расположен на небольшом расстоянии от океанического дна, а сотрясение было не менее семи баллов.

Причины образования цунами довольно разные. К основным относятся подводные оползни, которые в зависимости от крутизны материкового склона способны преодолевать огромные расстояния – от 4 до 11 км строго по вертикали (зависит от глубины океана или ущелья) и до 2,5 км – если поверхность незначительно наклонена.

Большие волны могут вызвать упавшие в воду огромные предметы – горные породы или глыбы льда. Так, самое большое цунами в мире, высота которого превысила пятьсот метров, было зафиксировано на Аляске, в штате Литуйя, когда в результате сильного землетрясения с гор сошёл оползень – и в залив обрушилось 30 миллионов кубических метров камней и льда.

К основным причинам возникновения цунами также можно отнести извержения вулканов (около 5%). Во время сильных вулканических взрывов образуются волны, и вода мгновенно заполняет освободившееся пространство внутри вулкана, в результате чего формируется и начинает свой путь огромных размеров вал.

Например, в период извержения индонезийского вулкана Кракатау в конце XIX ст. «волна-убийца» уничтожила около 5 тысяч морских судов и вызвала гибель 36 тысяч человек.

Кроме вышеназванных, специалисты выделяют ещё две возможные причины возникновения цунами. Прежде всего это человеческая деятельность. Так, например, американцы в середине прошлого века на глубине шестидесяти метров произвели подводный атомный взрыв, вызвав волну высотой около 29 метров, правда, продержалась она недолго и упала, максимально преодолев 300 метров.

Ещё одной причиной образования цунами является падение в океан метеоритов диаметром более 1 км (удар которого обладает достаточной силой, чтобы вызвать стихийное бедствие). По одной из версий учёных, несколько тысяч лет назад именно метеориты вызвали сильнейшие волны, ставшие причинами крупнейших климатических катастроф в истории нашей планеты.

Классификация

При классификации цунами учёные учитывают достаточное число факторов их возникновения, среди которых – метеорологические катаклизмы, взрывы и даже отливы и приливы, при этом в список вносят низкие накаты волн высотой около 10 см.
По силе вала

Силу вала измеряют, учитывая его максимальную высоту, а также то, насколько катастрофические последствия он вызвал и, согласно международной шкале IIDA, выделяют 15 категорий, от -5 до +10 (чем больше жертв, тем выше категория).

По интенсивности

По интенсивности «волны-убийцы» разделяют на шесть баллов, которые дают возможность дать характеристику последствиям стихии:

  1. Волны, имеющие категорию один балл до того малы, что их фиксируют лишь приборы (об их наличии большинство даже не догадывается).
  2. Двухбалльные волны способны незначительно затопить берег, поэтому от колебания обыкновенных волн их способны отличить лишь специалисты.
  3. Волны, которые относят к трехбалльным, обладают достаточной силой для того, чтобы выбросить на побережье небольшие лодки.
  4. Четырехбалльные волны могут не только прибить к берегу крупные морские судна, но и выбросить их на побережье.
  5. Пятитибалльные волны приобретают уже масштабы катастрофы. Они способны разрушить невысокие строения, деревянные постройки, и привести к человеческим жертвам.
  6. Что касается шестибалльных волн, то нахлынувшие на побережье волны полностью опустошают его вместе с прилегающими землями.

По количеству жертв

По числу смертельных случаев выделяют пять групп этого опасного явления. К первой относятся ситуации, когда смертельные исходы зафиксированы не были. Ко второй – волны, повлёкшие за собой гибель до пятидесяти человек. Валы, относящиеся к третьей категории, вызывают смерть от пятидесяти до ста человек. К четвёртой категории принадлежат «волны-убийцы», погубившие от ста до тысячи человек.

Последствия цунами, относящиеся к пятой категории — катастрофичны, поскольку влекут за собой смерть более тысячи человек. Обычно такие катастрофы характерны для акватории самого глубокого в мире океана, Тихого, но нередко происходят и в других точках планеты. Это относится к катастрофам 2004 года возле Индонезии и 2011 года в Японии (25 тыс. погибших). Были в истории зафиксированы «волны-убийцы» и на территории Европы, например, в середине XVIII столетия тридцатиметровый вал обрушился на побережье Португалии (во время этой катастрофы погибло от 30 до 60 тысяч человек).

Экономический ущерб

Что касается экономического ущерба, то его измеряют в американских долларах и подсчитывают, учитывая затраты, которые надо выделить на восстановление разрушенной инфраструктуры (утраченное имущество и разрушенные дома не учитываются, потому как относятся к социальным расходам страны).

По размерам убытков экономисты выделяют пять групп. К первой категории относят волны, не причинившие особого вреда, ко второй – с потерями до 1 миллиона долларов, к третьей – до 5 миллионов долларов, к четвёртой – до 25 миллионов долларов.

Ущерб от волн, относящийся к пятой группе, превышает 25 миллионов. Например, убытки от двух сильнейших стихийных бедствий, произошедших в 2004 году возле Индонезии и в 2011 – в Японии, составили около 250 миллиардов долларов. Стоит учитывать и экологический фактор, поскольку волны, повлёкшие за собой гибель 25 тысяч человек, повредили в Японии атомную станцию, вызвав аварию.

Системы опознавания стихийного бедствия

К сожалению, «волны-убийцы» нередко возникают настолько неожиданно и движутся на такой большой скорости, что определить их появление чрезвычайно трудно, а потому сейсмологи часто не справляются с возложенной на них задачей.

В основном системы предупреждения стихийного бедствия построены на обработке сейсмических данных: если есть подозрение на то, что землетрясение будет иметь магнитуду более семи балов, а его очаг будет находиться на океаническом (морском) дне, то все страны, которые находятся в зоне риска, получают предупреждения о приближении огромных волн.

К сожалению, катастрофа 2004 года произошла потому, что почти все близлежащие страны не имели системы опознавания. Несмотря на то, что между землетрясением и нахлынувшим валом прошло около семи часов, население о приближающемся бедствии предупреждено не было.

Чтобы определить наличие опасных волн в открытом океане, учёные используют специальные датчики гидростатического давления, которые передают данные на спутник, что позволяет довольно точно определить время их прибытия в тот или иной пункт.

Как выжить во время стихии

Если так получилось, что вы оказались в зоне, где велика вероятность возникновения смертельно опасных волн, обязательно нужно не забывать следить за прогнозами сейсмологов и запомнить все сигналы оповещения приближающейся беды. Необходимо также узнать границы самых опасных зон и о кратчайших дорогах, по которым можно покинуть опасную территорию.

Полярный день1053452

Услышав сигнал, предупреждающий о приближающейся воде, следует немедленно покинуть опасную зону. Специалисты не смогут точно сказать, сколько есть времени на эвакуацию: может быть пару минут или несколько часов. Если вы не успеваете покинуть местность и проживаете в многоэтажном здании, то нужно подняться на последние этажи, закрыв все окна и двери.

А вот если вы находитесь в одно- или двухэтажном доме, его нужно немедленно покинуть и бежать к высокому зданию или взобраться на какую-либо возвышенность (в крайнем случае, можно залезть на дерево и крепко за него зацепиться). Если так получилось, что покинуть опасное место вы не успели и оказались в воде, нужно попытаться освободиться от обуви и мокрой одежды и попробовать зацепиться за плывущие предметы.

Когда схлынет первая волна, то необходимо покинуть опасный район, поскольку за ней, скорее всего, придёт следующая. Вернуться можно лишь тогда, когда волн не будет около трёх-четырёх часов. Оказавшись дома, проверьте стены и перекрытия на наличие трещин, утечки газа и состояние электричества.

Записи созданы 1930

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх