Характеристика волн цунами

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Цунами прошлого

2 Хронология цунами

3 Основные цунами 2004 года

4 Физико-математическая основа

5 Предсказание цунами

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Цунами - японское слово, означающее волну в гавани. Теперь оно применяется для обозначения гравитационных волн на поверхности воды, вызванных главным образом землетрясениями или явлениями, связанными с ними (например, оползнем), а также взрывами вулканических островов или ядерных устройств. Прежде эти волны назывались приливными (tidal waves), но это неверно, так как цунами не связаны с приливами. Другой хорошо распространенный термин «морские сейсмические волны» не включает волны от естественных и искусственных взрывов. Здесь можно пользоваться определением Ван Дорна: «Цунами - это японское название системы гравитационных волн, возникающих в море вследствие крупномасштабных непродолжительных возмущений свободной поверхности». Этим определением исключаются штормовые нагоны (ветровые приливы) и связанные с ними сейши.

К зонам, подверженным цунами, относятся следующие: Япония, Азиатское побережье России (Камчатка, Сахара, Курилы), Алеутские острова, Аляска, Гавайи, западное побережье Южной Америки, США, и Канады, восточное побережье Канады, Новая Зеландия, Австралия, Французская Полинезия, Пуэрто-Рико, Виргинские острова, Доминиканская республика, Коста-Рика, Азорские острова, Португалия, Италия, Сицилия, берега Эгейского, Адриатического и Ионического морей, Греция, африканский берег восточного Средиземноморья, Индонезия и Филиппины. Серьезность и частота причиняемого цунами ущерба неодинаковы в разных местах.

Цунами возникают в следующих условиях. Тектонические процессы, протекающие в глубинах земли, вызывают появление разрывов в толще горных пород. Такие разрывы происходят, как правило, внезапно и сопровождаются землетрясениями. При разрывах, которые дают сбросы, надвиги и сдвиги, образуются смещения горных пород на поверхности земли, и соседние участки перемещаются по ним, причем иногда на десятки метров. Если подобные смещения происходят на дне океана, то, как в толще воды, так и на ее поверхности возбуждается волна, с большой скоростью распространяющаяся во все стороны от места возникновения.

Рисунок 1 - Схема образования цунами (источник: www.sciam.ru)

волна цунами бедствие

В результате землетрясения 1 сентября 1923 г. в заливе Сагами (Япония) на площади около 150 км² одна часть дна резко поднялась (до глубины 230 м), а другая часть этой площади опустилась (до глубины 400 м). При этом в воде возникла высокая волна, ибо количество воды, вытесненной при поднятии, достигало, по вычислениям академика В.В. Шулейкина, 22,6 км³. Часть этой волны ушла в океан, а часть накатилась на берег в виде цунами. Высота волны на берегу достигала 10 м, но цифра эта сильно менялась в зависимости от рельефа побережья и глубин океана.

При землетрясении 1885-1886 гг. в Адриатическом море на дне также возникли сбросы с большой амплитудой смещения; в частности, они, явились причиной разрыва подводных кабелей. Цунами, однако, не наблюдалось, что следует объяснить в данном случае недостаточной скоростью движения масс по сбросам.

Причиной возникновения цунами может быть оползень. Цунами такого типа возникают довольно редко. 9 июля 1958 года в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 900м. Ввиду относительной малости бухты (длина около 11км, максимальная глубина 200м) обвал вызвал всплеск воды высотой 520м. волна высотой до 60м опустошила берег. Подобного рода случаи весьма редки и, конечно, не рассматриваются в качестве эталона.

Другим источником цунами могут служить вулканические извержения. Крупные подводные извержения обладают таким же эффектом, что и землетрясения. При сильных вулканических взрывах образуются кальдеры, которые моментально заполняются водой, в результате чего возникает длинная и невысокая волна. Классический пример - цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 году, находящийся в Зондском проливе Индонезийского архипелага. Во время его взрыва кроме массы пепла и сильнейшего землетрясения, зародилась волна высотой 30-40м. В течение нескольких минут все поселки, расположенные на низких берегах западной части Явы и юга Суматры, были смыты в море, погибло 30 500 человек. Со скоростью 556 километров в час волны цунами прокатились через Индийский океан и Тихий океаны, достигнув берегов Африки, Австралии и Америки. Даже в Атлантическом океане, несмотря на его изолированность и удаленность, в некоторых местах (Панама, Франция) отмечался подъем воды.

В наш век атомной энергии у человека в руках появилось средство вызывать по своему произволу сотрясения, раньше доступные лишь природе. В 1946 году США произвели в морской лагуне глубиной 60 м подводный атомный взрыв с тротиловым эквивалентом 20 тыс. тонн. Возникшая при этом волна на расстоянии 300 м от взрыва поднялась на высоту 28,6 м, а в 6,5 км от эпицентра еще достигала 1,8 м. Эксперименты дали возможность установить, какой именно гребень бывает наибольшим, а какой - наименьшим.

Наконец, еще один возможный источник цунами - падение в мировой океан космических объектов. Этот сценарий пока ограничивается исключительно компьютерными моделями, т. к. каких-либо исторических свидетельств подобных событий, к счастью, не зафиксировано. По мнению ученых, такие космические визиты происходят не чаще одного раза в 100 тыс. лет, причем за последние 200 тыс. лет этого не случилось ни разу. Тем не менее, в краткосрочном геологическом будущем вероятность космического удара не так уж и мала - по некоторым оценкам, около 1%. Согласно расчетам, падение в океан сравнительно небольшого астероида диаметром 300-600 метров сгенерирует цунами, многократно превосходящее все до сих пор известные. (Источник: http://soulhunterweb.narod.ru)

В соответствии с общей классификацией волн цунами относятся к длинным волнам. Длина их достигает несколько сотен километров, амплитуда над глубокой частью океана обычно порядка одного метра. Поэтому их трудно обнаружить с воздуха или с корабля.

В районе Тихоокеанского побережья Камчатки наблюдались цунами с длиной волны, равной 80-100 км. Притом, чем больше расстояние, отделяющее место землетрясения от этого побережья, тем больше длина цунами, хотя прямой пропорциональности здесь и нет. Чем дальше находится место землетрясения, тем больше будет промежуток времени между приходом цунами, следующих друг за другом.

Рисунок 2 - Схема образования цунами (источник www.sciam.ru)

Скорость распространения цунами, вообще говоря, очень велика и увеличивается с увеличением глубины океана. В месте зарождения (на больших глубинах) цунами, образовавшееся в результате землетрясения, представляет собой поперечную волну ничтожно малой высоты, распространяющуюся со скоростью

c=vgH,

которая не может быть, видимо, даже измерена с достаточной степенью достоверности, так как глубина океана велика, а приращение (положительное или отрицательное) этой глубины в результате цунами чрезвычайно мало, тем более что длина определяется сотнями километров.

Для сравнения рассмотрим характеристики ветровых волн и волн цунами.

Таблица 1 - Основные характеристики ветровых волн и волн цунами

Параметры	Ветровые волны	Цунами
Скорость распространения	до 100 км/час	до 1000 км/час
Длина волны	до 0,5 км	до 1000 км
Период	до 20 секунд	до 2,5 часов
Глубина проникновения	до 300 м	до самого дна
Высота волны в открытом море	до 30 м	до 2 м
Высота волны у побережья	до 40 м	до 70 м

Из таблицы видно, что на глубине волны цунами длинные и пологие, поэтому в море они не страшны.

Высота цунами и, следовательно, их воздействие на берег, помимо зависимости от скорости, зависят также от рельефа дна океана в прибрежной его части и от конфигурации и рельефа побережья.

Достигнув континентального шельфа, волны цунами замедляют свое движение, а их высота возрастает. Подход цунами к берегу иногда сопровождается отливом, которому могут предшествовать короткопериодные колебания уровня воды малой амплитуды, называемые предвестниками. Этот отлив может длиться от нескольких минут до получаса. Чем дальше отступает океан от берегов после землетрясения, тем большей силы достигнут набегающие на сушу цунами. Однако надо помнить, что не все цунами начинаются с необычного отлива и что отход моря бывает иной раз незначительным и может остаться незамеченным. Полезно знать, что зимой признаком приближения цунами может служить появление трещин в береговом льду, необычный дрейф льдин (например, в безветренную погоду), взбросы воды у кромки льда.

Характер распространения цунами вглубь побережья, естественно, определяется рельефом суши. Иногда волны распространяются вглубь на расстоянии до 1 км и чрезвычайно редко на расстояние до 2-3 км и более.

В том случае, если река протекает по долине, выходящей в открытую бухту или бухту, сужающуюся в сторону суши, при цунами вверх по этой долине пойдет большая волна, на реке образуется водяной вал, и поднявшаяся вода затопит долину.

На открытых берегах Тихого океана и песчаных мысах высота цунами колеблется в пределах до 10 м в прибрежной полосе и быстро падает по мере продвижения волны вглубь суши.

Наиболее сильное воздействие оказывают цунами на песчаные отмели и косы, расположенные невысоко над уровнем океана (отмели и песчаные косы, отходящие от скалистых склонно клиновидных бухт или лежащие в глубине таких бухт; песчаные косы, отделяющие открытый берег океана от лагун или речных проток, и т.п.). С таких берегов сооружения могут быть смыты цунами, а самые берега, сложенные рыхлыми наносами, нередко сползают и промываются новыми протоками.

В бухтах, с узкими входами в них («воротами»), цунами проявляются в виде сравнительного медленного и слабого подъема уровня воды.

На открытых побережьях Тихого океана, с ровной береговой линией и отлогими песчаными берегами, шириной более 500 м, а также на широких песчаных мысах цунами обычно слабы и не распространяются дальше 300-500м от берега.

На западном побережье Камчатки и Курильских островов цунами проявляются весьма слабо, так как возникающие при землетрясении в Тихом океане волны быстро затухают при прохождении проливов между островами Курильской гряд. По этим же причинам слабо проявляются тихоокеанские цунами на побережье Охотского и Японских морей.

Цунами состоят из серии волн, которые достигают берега с периодом от 5 до 90 мин. Самой высокой обычно бывает не первая волна, но большей частью она оказывается среди первых десяти. За главными волнами цунами следуют вторичные колебания (ондуляции), в основном связанные с резонансными эффектами в бухтах, удерживающих энергию главных волн. Наступление цунами иногда сопровождается свечением воды и дна, производимым планктоном. Свечение бывает иногда настолько сильным, что напоминает вспышку прожектора.

Энергетическое воздействие цунами на берег, то есть интенсивность цунами оценивается по шестибалльной шкале:

- 1 балл - очень слабое цунами. Волна отмечается (регистрируется) только мареографами;

- 2 балла - слабое цунами. Может затопить плоское побережье. Его замечают лишь специалисты;

- 3 балла - среднее цунами. Отмечается всеми. Плоское побережье затоплено, легкие суда могут быть выброшены на берег. Портовые сооружения подвергаются слабым разрушениям;

- 4 балла - сильное цунами. Побережье затоплено. Прибрежные постройки повреждены. Крупные парусные и небольшие моторные суда выброшены на сушу, а затем снова смыты в море. Берега засорены песком, илом. обломками камней, деревьев, мусора. Возможны человеческие жертвы;

- 5 баллов - очень сильное цунами. Приморские территории затоплены. Волноломы и молы сильно повреждены. Крупные суда выброшены на берег. Ущерб велик и во внутренних частях побережья. Здания и сооружения имеют разрушения разной степени сложности в зависимости от удаленности от берега. Все кругом усеяно обломками. В устьях рек высокие штормовые нагоны. Сильный шум воды. Имеются человеческие жертвы;

- 6 баллов - катастрофическое цунами. Полное опустошение побережья и приморских территорий. Суша затоплена на значительное расстояние вглубь от берега моря.

Интенсивность цунами зависит от длины, высоты и фазовой скорости движения волны набега. Энергия цунами обычно составляет от 1 до 10% от энергии вызвавшего его землетрясения.

1 ЦУНАМИ ПРОШЛОГО

Само явление цунами старо, как Океан. Рассказы очевидцев о страшных волнах, передававшихся из уст в уста, со временем становились легендами, а примерно 2000-2500 лет назад появились и письменные свидетельства. Первое цунами, о котором мы знаем из истории, уничтожило город Амнисос на Крите около 1400 года до нашей эры. Считается, что гибель этой минойской цивилизации отразилась в легенде о гибели Атлантиды.

Цунами известны народам, заселяющим побережье Атлантического океана достаточно давно. Записи о цунами в Центральной и Южной Америке, найденные археологами, относятся к временам открытия и завоевания побережий испанцами, т.е. XVI и XVII века. Самым значительным стихийным бедствием, относящимся к тому времени, является землетрясение в Лиссабоне 1755 г., которое вызвало 15-метровую волну. Волна цунами уничтожила лиссабонский порт и вызвала значительные разрушения в юго-западной Испании, Марокко и на Карибских островах. По некоторым оценкам, в результате этого землетрясения и после волны цунами погибли около 20000 человек. Имеющаяся информация об исторических цунами показывает, что тенденция возникновения последних ближе к XVIII - XIX векам значительно усилилась, и цунами интенсивностью два балла происходили в среднем один раз за семь лет. За весь же период истории, цунами интенсивностью 2-3 балла возникали раз в 20 лет. Всего за период с 1498 по 1997 года произошло 109 цунами, из которых волны цунами интенсивностью более одного балла возникали 31 раз, т.е. в среднем один раз в 15 лет. Таким образом, с точки зрения возникновения цунами бассейн Карибского моря является одним из самых опасных мест во всей Атлантике. Прогноз возникновения цунами этого региона является крайне необходимым не только в связи с высокой сейсмической активностью данного региона, но и с вероятной возможностью извержения вулканов, которые также могут вызвать волны цунами.

Основные места возникновения цунами - это Тихий океан, на периферию которого приходится более 80% цунами. Знаменитое «огненное» кольцо Тихого океана характеризуется не только большим количеством действующих вулканов, но и частыми сильными землетрясениями, горным рельефом и цепочкой глубоководных желобов. В этих местах, называемых активными континентальными окраинами, происходит погружение тяжелых, холодных океанических плит под более легкие и высоко расположенные континентальные. Процессы взаимодействия между плитами и приводят к землетрясениям, извержениям вулканов и возникновению цунами в океане.

Рисунок 4 - Сейсмичность тихого океана

Каждая точка на карте - эпицентр землетрясения в период с 1977 года. Цветом указана глубина очага в километрах. (Источник: http://ua.opensource.com.ua)

На приведенной карте показан наиболее активный в сейсмическом отношении Тихоокеанский тектонический пояс. Точками нанесены эпицентры сильных землетрясений только за ХХ век. Карта дает представление об активной жизни нашей планеты, а ее данные много говорят о возможных причинах землетрясений вообще. Существует много гипотез о причинах тектонических проявлений на лике Земли, но до сих пор нет надежной теории глобальной тектоники, однозначно определяющей теорию явления.

У нас в России еще в конце 50-х - начале 60-х годов прошлого века на Дальнем Востоке создана служба предупреждения цунами, охватывающая Камчатку, Курильские острова, Сахалин и Приморье. На Гавайских островах, не раз подвергавшихся воздействию цунами, существует Центр предупреждения имени Ричарда Хагимайера. Сейчас и в Индийском океане, вблизи Индонезии, предполагается организовать сеть наблюдений, а в дальнейшем есть намерения сделать глобальную сеть предупреждений о цунами и оснастить ее новейшими сейсмографами, специальными датчиками и бакенами, на которых будет размещена регистрирующая аппаратура, и все это объединить спутниковой системой.

2 ХРОНОЛОГИЯ ЦУНАМИ

Десять крупнейших цунами за последнее столетие.

1. Побережье Эквадора, 31 января 1906 года, 8,9 балла. Образовавшееся цунами стало причиной гибели 1,5 тыс. человек и достигло Калифорнии и Японских островов.

2. Камчатка, Россия, 3 февраля 1923 года (основное землетрясение), 8,5 балла. Целая серия землетрясений в течение зимы 1923 года вызвала неоднократные наступления катастрофических волн-цунами. Значительный ущерб причинен также Гавайским островам

3. Штат Ассам, Индия, 15 августа 1950 года, 8,6 балла. Более 1,5 тыс. погибших. Эпицентр землетрясения находился вблизи границы Индии и Китая (Тибета), но больше всего пострадали жители индийского Ассама: потопы, оползни и прорванные плотины разрушили более 70 населенных пунктов этого штата (цунами, разумеется, не наблюдалось).

4. Камчатка, Россия, 4 ноября 1952 года, 9 баллов (по другим данным - 8,3 балла). Землетрясение в Тихом океане недалеко от южной оконечности Камчатского полуострова. Образовавшееся при этом цунами (высота волн достигала 13 м) практически полностью разрушило г. Северо-Курильск (о-в Парамушир) и привело к гибели более 2 тыс. человек.

5. Острова Андрианова, Аляска, 9 марта 1957 года, 9,1 балла. Это землетрясение привело к образованию двух цунами, средняя высота волн достигала 15 и 8 м соответственно. Более 300 погибших. Сопровождалось извержением вулкана Всевидова, пребывавшего «в спячке» около 200 лет.

6. Бухта Литуйя, Аляска, 9 июля 1958 года. В результате землетрясения возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 900 м. Ввиду относительной малости бухты (длина около 11 км, максимальная глубина 200 м) обвал вызвал всплеск воды высотой 520 м. волна высотой до 60 м опустошила берег.

7. Чили, 22 мая 1960 года, магнитуда 9,5 балла. Крупнейшее из официально зарегистрированных землетрясений. Более 2 тыс. погибших, 2 млн. оставшихся без крова в южных областях Чили. Высота волн цунами вблизи эпицентра достигала 25 метров. Волновой фронт достиг Гавайских островов, запада США, Японии и Филиппин (более 200 жертв).

8. Пролив Принца Уильяма, Аляска, 28 марта 1964 года, 9,2 балла. Крупнейшее землетрясение на Аляске, приведшее к гибели примерно полутора сотен человек, большая часть которых пропала без вести в результате удара цунами (максимальная высота волны - 67 метров).

9. Острова Рэт, Аляска, 4 февраля 1965 года, 8,7 балла. Десятиметровые волны цунами, многочисленные разрушения прибрежных домов и дорог, человеческих жертв официально зарегистрировано не было.

10. Западный берег северной Суматры, 26 декабря 2004 года, 8,9-9 баллов. Когда при землетрясении произошло мгновенное смещение океанской плиты на десятки метров, что вызвало деформацию в поверхности океанского дна, которая и спровоцировала возникновение цунами, сразу же обрушившегося на острова Суматра и Ява. Высота цунами достигла 30м. Общее количество погибших составляет более 300 тысяч человек. Волны цунами распространились не только по Индийскому океану, но и Тихому, достигли побережья Курильских островов.

Отдельного упоминания также заслуживает природная катастрофа, произошедшая в ночь с 26 на 27 августа 1883 года, когда в Зондском проливе между островами Ява и Суматра взорвался вулкан Кракатау. Спустя полчаса после извержения на берега Явы и Суматры обрушились волны-цунами высотой до 40 м. Они разрушили 300 городов и деревень, 36 тыс. человек утонули. Волны цунами распространились по всему Индийскому океану от берегов Индии до мыса Доброй Надежды. В Атлантическом океане они достигли Панамского перешейка, а в Тихом океане - Аляски и Калифорнии.

3 ОСНОВНЫЕ ЦУНАМИ 2004 ГОДА

06.09.2004 два сильных землетрясения, сопровождавшиеся цунами, произошли в Японии. Пострадали десятки людей. Жители Японии в ночь на понедельник, 6 сентября, ощутили два подземных толчка - каждый около семи баллов по шкале Рихтера. Несколько районов страны остались без электричества. Землетрясения вызвали цунами, достигавшее в отдельных районах одного метра в высоту.

Пострадали более 40 человек. Как сообщили в полиции, большинство пострадавших получили различные травмы во время второй серии подземных толчков. Сила подземных толчков первого землетрясения составила 6,8 балла по шкале Рихтера. Эпицентр землетрясения находился в 110 км от побережья полуострова Кии (450 км к западу от Токио). Сила второго землетрясения, по сообщениям сейсмологов, достигала 7,3 балла по шкале Рихтера. Эпицентр землетрясения находился в 130 км от побережья префектуры Коти.

На полуострове Кии была объявлена срочная эвакуация. Несколько районов страны остались без электричества. Одновременно на южную оконечность японского архипелага обрушился сильнейший циклон, в результате которого ранен 21 человек.

09.01.2005 г. на востоке Японии произошло землетрясение мощностью 6,8 балла по шкале Рихтера. Метеорологические службы Японии предупредили о приближении цунами примерно через 10 минут после первых толчков.

После объявления тревоги с побережья в безопасные места были эвакуированы жители островов Идзу, за исключением специальных наблюдателей. До острова Миякэ цунами шло примерно полчаса. По мнению экспертов, такая волна даже высотой 30-50 см могла представлять угрозу людям.

В случае недавней катастрофы, начавшейся утром 26 декабря 2004 года в 7 часов 58 минут 53 секунды по местному времени в Индийском океане у берегов Индонезии и Таиланда, эпицентр первого землетрясения находился вблизи северной оконечности острова Суматра, в точке с координатами 3°30' северной широты и 95°87' восточной долготы. В геологическом плане в этом районе проходит граница между двумя литосферными плитами - крупными блоками земной коры. При этом происходит погружение, пододвигание (субдукция) океанической Индийской плиты под более восточную континентальную плиту. Глубоководный желоб, протягивающийся параллельно Суматре, представляет собой след такого погружения. Напряжение в зоне взаимодействия плит, по мнению учёных, накапливалось уже сотни лет. В день землетрясения наблюдался максимальный прилив, и было полнолуние.

Гипоцентр первого толчка землетрясения был неглубоким, как говорят, мелкофокусным и находился на глубине около 30 км. Резкое, почти мгновенное смещение океанской плиты на десятки метров вызвало деформацию в поверхности океанского дна, которая и спровоцировала возникновение цунами, сразу же обрушившегося на острова Суматра и Ява. Примерно через 10-20 минут волна достигла Андаманских и Никобарских островов, а затем западных берегов Таиланда и курортного острова Пхукет.

Рисунок 5 - Карта распространения цунами

Карта мира, на которой отображено распространение энергии сейсмических морских волн (цунами) из очага землетрясения близ о.Суматра в декабре 2004 г., рассчитанное по модели MOST. Цветом показаны наибольшие амплитуды волн цунами в открытом море в течение 44 ч. Белые линии - времена прихода волн цунами в часах после первого толчка. Кружками разной величины показаны амплитуды волн, измеренные мареографами вблизи побережий в некоторых избранных точках (обозначения см. на врезке в левом нижнем углу карты). На врезке вверху - модель геометрии очага и расчетные высоты волн в Бенгальском заливе. Распределение подвижек по четырем участкам разлома (с севера на юг: 21, 13, 17 и 2 м) дает наилучшую аппроксимацию данных спутниковой альтиметрии и хорошо соответствует расчетам параметров очага по результатам сейсмических и геодезических наблюдений (Источник:www.vivovoco.rsl.ru).

Больше времени, почти два часа, понадобилось цунами, чтобы ударить по Шри-Ланке (бывший остров Цейлон), восточному побережью Индии, Бангладеш и Мальдивским островам. На Мальдивах высота волны не превышала двух метров, но сами острова поднимаются над поверхностью океана не больше, чем на метр-полтора, поэтому две трети территории Мале - столицы островного государства - оказались под водой. Однако в целом Мальдивские острова пострадали не слишком сильно, поскольку окружены постройками коралловых рифов, которые приняли на себя удары волн и погасили их энергию, обеспечив тем самым пассивную защиту от цунами. Через шесть часов волна дошла до восточного побережья Африки. Наибольшее число жертв и разрушений цунами вызвало в Индонезии и на Шри-Ланке. По оценкам, общее количество погибших составляет более 300 тысяч человек.

Высота цунами в открытом океане составила 0,8 м, в прибрежной зоне - 15 м, а в зоне заплеска - 30 м. Скорость волны в открытом океане достигла 720 км/ч, а по мере торможения в прибрежной зоне снизилась до 36 км/ч.

По данным сейсмических станций, землетрясение, вызвавшее цунами в Индийском океане, вернее, его первый толчок имел магнитуду 8,6-8,9 или даже 9,1 по шкале Рихтера, то есть близко к максимально возможной. Мощность равнялась 2x10²⁵эрг, что соответствует мощности десятка водородных бомб по 10 мегатонн и на четыре порядка превышает мощность трагически знаменитого Спитакского землетрясения в Армении 7 декабря 1988 года. Появились сведения, что оно способствовало резкому смещению оси вращения Земли на 3 см, а земные сутки уменьшились на 3 микросекунды. Второй толчок, эпицентр которого находился несколько севернее первого, имел магнитуду 7,3 и вызвал образование второй волны цунами. После первых, самых сильных толчков 26 декабря землетрясения в этом регионе происходили практически ежедневно в течение нескольких недель с довольно высокой магнитудой порядка 5-6. Такие землетрясения, следующие за главным сейсмическим ударом, называются афтершоками. Они свидетельствуют о рассасывании напряжений, об их релаксации.

Рисунок 6 - Отступание моря (слева - 1 января 2004 года, справа - 26 декабря 2004 года. Видно отступание моря, что свидетельствует о приближении цунами. Источник www.digitalglobe.com)

Геолого-геофизические исследования зон субдукции показывают, что нависающая плита (представляющая собой обычно островную дугу или активную континентальную окраину) имеет сегментированное строение за счёт поперечных (перпендикулярных к берегу) разломов. Они рассекают её на ряд блоков-клавиш протяжённостью до 100 км. Типичное сильное подводное землетрясение имеет очаг именно такого масштаба и связано со срывом только одного блока с поверхности контакта плит. Но иногда, например, при косом пододвигании плиты под островную дугу, сорвавшийся под действием предельных напряжений отдельный блок задевает соседние блоки и срывает их раньше времени. В результате по принципу домино развивается каскад аналогичных срывов вдоль кромки нависающей плиты - происходит „составное“ землетрясение с гигантским очагом протяженностью до 1000 км. Именно по этой причине процесс вспарывания поверхности между литосферными плитами 26 декабря 2004 года длился 8 (!) минут (обычно продолжительность подобных процессов очень коротка и не превышает минуты).

Вертикальный сдвиг пластов земной коры в эпицентре землетрясения на протяжении более 1000 км был равен 8-10 м. После окончания подвижки на всём пространстве очага сейсмические станции России зафиксировали 40 афтершоков (более мелких землетрясений). Аналогичные службы США насчитали их 85, а служба слежения за ядерными испытаниями, расположенная в Вене, - 678 (!).

Волны цунами после землетрясения в районе Суматры распространились не только по Индийскому океану, но и Тихому, достигли побережья Курильских островов, в частности, было зарегистрировано в Северо-Курильске (остров Парамушир). Максимальная высота волны составила 29 см. Период цунами составил 40-50 минут. Волна достигла побережья Курильских островов через 41 час 17 минут после землетрясения.

4 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОСНОВА

Магнитуда цунами по сравнению с другими параметрами.

МАГНИТУДА (от лат. magnitudo - величина), условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами; пропорциональна логарифму энергии землетрясений; позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии

Иида, следуя более ранней работе Имамуры, определил магнитуду m цунами для Японии, как:

m=log₂з_max (1)

где з_max - максимальная высота в метрах, измеренная на побережье на расстоянии 10-300 км от места зарождения цунами.

Географическое распределение эпицентров цунамигенных землетрясений (классифицированных по магнитуде цунами m) показывает, что большинство из них находится в Тихом океане около Японии (но не в Японском море).Иида изучил около100 цунамигенных землетрясений с 1700 по 1960 г.

Соловьев отмечал некорректность использования термина «магнитуда цунами». Он писал: «Если к описанию цунами применяется сейсмологическая терминология, то градации шкалы Имамура-Иида являются мерой интенсивности, а не магнитуды. Это является следствием того, что величина магнитуды должна давать динамическую характеристику процесса в источнике, а интенсивность должна характеризовать его в некотором ближайшем к источнику пункте наблюдения

Другим важным моментом, отмеченным Соловьевым, является различие между средним з и максимальным з_max затоплением при цунами. Это различие необходимо, так как, хотя энергия цунами определяется по средней высоте подъема, в старых описаниях, прежде всего, указывается максимальная высота цунами. Разница между средней и максимальной высотой может быть в основном обусловлена топографией.

Рисунок 7 - Соотношение между з и з_max (Цунами: 1 - Санрику,1993 г.; 2 - Тонанкандо, 1944 г.; 3 - Нанкаидо, 1946 г.; 4 - Токати-Оки, 1952 г.; 5 - Камчатка, 1952 г.; 6 - Босо, 1953 г.; 7 - Итуруп, 1958 г.; 8 - Чили, 1960 г.; 9 - Уруп, 1963 г.; 10 - Аляска, 1964 г.; 11 - Ниигата, 1964 г.)

Соловьев определил интенсивность цунами i, как

i =log (v2 з) (2)

По сравнению с выражением (1) выражение (2) имеет три отличия. Во-первых, вместо величины m вводится параметр i; во-вторых, максимальная высота з_max заменяется на среднюю з, в-третьих, вводится множитель v2, учитывающий среднюю разность между максимальной и средней высотой цунами различной интенсивности.

5 ПРЕДСКАЗАНИЕ ЦУНАМИ

Предсказания будут зависеть от того, как будет предсказано землетрясение. Землетрясения в настоящее время трудно предсказывать, и, таким образом, задача прогноза цунами в прямом смысле сложна.

В настоящее время под прогнозом цунами подразумевают, расчет времени, необходимого для подхода волны от эпицентра, свершившегося где-то в океане землетрясения до заданного пункта побережья.

Но и такой прогноз осложняется тем, что не при всех землетрясениях в океане возникают цунами. Поэтому первоначальной задачей, после того уже как землетрясение зарегистрировано и определен его эпицентр, является проверка, относится ли данное землетрясение к тем, которые формируют цунами. Пока это делается на основании эмпирических данных, которые просто устанавливают наиболее опасные районы океана, где землетрясения чаще всего вызывают цунами. Так, например, у берегов Японии землетрясения, сопровождаемые цунами, появляются чаще тогда, когда их эпицентры расположены к востоку от Сангарского пролива и к югу от острова Сикоку. Но такого рода заключения не всегда надежны, и поэтому обычно надежным подтверждением цунами является регистрация сформировавшейся волны.

Предсказание цунами основываются на регистрации происходящих в океане процессов во время землетрясения тремя способами: сейсмические наблюдения на ряде станций, наблюдения над уровнем с помощью мареографов и акустические наблюдения.

Заблаговременность предупреждения, необходимая при всяком прогнозе, в данном случае обеспечивается тем, что скорость распространения сейсмических волн в земной коре измеряется несколькими километрами в секунду, и, таким образом, сведения о землетрясении, происшедшем где-то на дне океана, поступают в течение считанных минут.

Служба прогноза цунами базируется на системе сейсмических станций и сети мареографных пунктов, расположенных на островах и многих пунктах побережья. Эти пункты регистрируют сформировавшуюся цунами.

Наличие удаленных от побережья океана островов дает возможность предупредить население берегов океана о приближающейся неотвратимой опасности. Немедленно по получении сведений о волне цунами, измеренной мареографами, дается предупреждение и устанавливается время подхода волны к различным пунктам побережья океана.

На больших расстояниях от цунамигенных районов, какими являются Гавайские острова и тихоокеанское побережье США, предупреждение о цунами осуществляется станциями, оборудованными сейсмографами с видимой записью и механической регистрацией, предназначенными для обнаружения удаленных землетрясений.

Японская служба предупреждения цунами также опирается преимущественно на сейсмические наблюдения.

Наиболее опасными для Японии являются цунами, возникающие вблизи тихоокеанского побережья. В этих районах действует до 60 сейсмических станций, объединенных в оперативные группы числом до 9 с центрами в метеорологических обсерваториях. Обсерватории связаны со станциями прямой кабельной связью. Обсерватории объявляют состояние тревоги каждая по своему району.

Для наших дальневосточных районов, подверженных воздействиям цунами, - Камчатки и Курильских островов - наиболее опасными являются цунами, возникающие в районах Курило-Камчатской впадины. Эта впадина удалена от побережья на относительно небольшое расстояние. Волна цунами добегает здесь до берега всего за 20-30 мин после начала землетрясения. Для регистрации эпицентра землетрясения используется специальная установка - УБОЭЦ (установка быстрого определения эпицентра), размещенная в Петропавловске-на-Камчатке, Ключах и Южно-Сахалинске.

Установка состоит из двух комплектов приборов. Один из них показывает направление на эпицентр - азимут, другой - расстояние и силу землетрясения.

На сегодняшнем этапе развития человечества лишь малое число стран в мире способно в достаточной степени приблизиться к чисто практическим задачам предсказания и смягчения последствий катастроф, потому что дело это требует грандиозных интеллектуальных и материальных затрат. И только образование способно в прямом смысле обогнать катастрофу.

Дело в том, что с 2000 г. огромный ледник, расположенный в Бернском нагорье, под воздействием необычайно высоких летних температур сократился почти на километр, значительно подняв уровень и без того самого большого в Альпах ледникового озера. Швейцарский эксперт Мартин Функ считает, что сейчас его объем колеблется о 4 до 6 млн куб. м, и повышение способно привести к тому, что ледник всей своей колоссальной массой обрушится в озеро. Вызванная этим гигантская волна может достичь размеров и разрушительной силы настоящего цунами.

Миллион кубических метров льда представляет собой колоссальную опасность. Инженеры предлагают два выхода из ситуации: понижение уровня озера путем откачивания воды или строительство мощной защитной стены на пути возможного цунами. И, разумеется, создание системы предупреждения населения. Последнее само по себе представляется не столь эффективным, потому что времени между началом катастрофического процесса и наступлением разрушительных последствий может просто не хватить для принятия необходимых мер безопасности.

По статистике, катастрофы огромного масштаба происходят достаточно редко - приблизительно раз в 10 тысяч лет, - но все-таки происходят. Показанный учеными сценарий, связан с Канарскими островами, имеет последствия катастрофы несравненных масштабов. Дело в том, что на острове Ла-Пальма почти весь западный склон горного хребта Кумбре Вьєха нестабильный и в результате очередного извержения может упасть в море. Такие извержения уже происходили на этом острове. Однако, западный склон постоянно рушится. По словам Саймона Дея, если эта гигантская масса горной породы длиной приблизительно 20 км за несколько секунд, попадет в море, она спровоцирует цунами. Эта неимоверная сила толчка, который создала масса весом в триллионы тонн, спровоцирует мегацунами. И оно по своим масштабам будет необычайно большим, чем все те, которые человечеству приходилось уже пережить. Ученые даже изготовили уменьшенную копию вулкана и посчитали силу толчка, а также силу возникшей волны. Эти эксперименты и компьютерные расчеты показали, что начальная высота такой волны может достичь от 650 метров до километра - это в два-три раза выше Эйфелевой башни.

Ученые утверждают, что падение склона рано или поздно будет. Проблема в том, что никто не может, рассчитать, когда именно это будет, и поэтому готовиться к этому надо уже сейчас. Волна, которая появится, будет приблизительно 650 м в высоту. Со скоростью 720 км в час, она двинется в направление США. Только за 8 часов она достигнет побережья материка и, если не будет сделан план эвакуации, времени не хватит, чтобы спастись. Ученые говорят, что это очень приблизительные расчеты. Но есть вероятность, что силы этого мегацунами будут достаточными, чтобы пересечь все океаны и достигнуть отдаленных континентов. Нам остается только вопрос, когда нам ждать разрушения острова.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вероятность повторения землетрясения, по силе равного Суматранскому, намного выше, чем считалось до сих пор. Более того, как признали ученые, они пока не в состоянии точно предсказать, где случится следующая мегакатастрофа.

Риски мегаземлетрясений, подобных катастрофическому Суматранскому (2004 год), сильно занижены, а способности ученых предсказывать такие землетрясения преувеличены.

До катастрофы считалось, что механизм землетрясений в зоне субдукции достаточно прост.

Однако, как говорят сейсмологи, с 1980 годов карта опасных районов была сильно уточнена. В первую очередь, это связано с появлением системы GPS.

С практической точки зрения, считают специалисты, теперь придется переосмыслить и заново переоценить риски землетрясений. Некоторые места повысят свой сейсмический рейтинг, некоторые - понизят. Так, например, район тихоокеанского побережья Америки, где сходятся Южно-Американская плита и плита Наска, как выяснилось, может считаться менее опасным, потому что плиты сходятся с меньшей скоростью, чем предполагалось до сих пор.

С другой стороны, в некоторых зонах субдукции могут произойти сильнейшие землетрясения, не связанные собственно с процессом субдукции. Кроме того, помимо подминания одной плиты другой отмечаются и поперечные движения, которые также труднопредсказуемы. Пока мегаземлетрясения по-прежнему остаются сюрпризами

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Т.С. Мурти «Сейсмические морские волны цунами», 1981 г.

2. А.Е. Святловский «Цунами (морские волны при землетрясениях)», 1955 г.

3. Академия наук СССР «Распространение и набегание на берег волн цунами», 1981 г.

4. Н.И. Егоров «Физическая океанография», 1974 г.

5. Донат Наумов «Мир океана», 1983 г.

6. Л. Лобковский «В мире науки» №5, май 2005.

7. www.vivovoco.rsl.ru.

8. www.digitalglobe.com.

9. www.ua.opensourse.com.ua.

10. www.sciam.ru.

11. Доктор геолого-минералогических наук Н. Короновский www.nauka.relis.ru.

12. www.fio.ru.

13. http://soulhunterweb.narod.ru.

14. www.inno.ru.

15. www.epochtimes.com.ua.

Размещено на Allbest.ru