Общие сведения о цунами

Что такое цунами?

Цунами (в переводе с японского означает «большая волна в гавани») — это волны длинного периода, возникающие в морях и океанах в результате подвижек дна океана (землетрясений) и ряда других причин. Имеют пространственные масштабы от нескольких сот метров до нескольких сот километров. Скорость распространения волн цунами (c) описывается формулой Лагранжа:

с=√gh, где h — глубина океана, а g — ускорение свободного падения. Cкорость цунами в открытом океане составляет 700-850 км/ч, что сопоставимо со скоростью современного пассажирского авиалайнера. При приближении к берегу скорость падает, но существенно возрастает высота волны (рис.1). В результате сильно нелинейных процессов в прибрежной зоне может сформироваться волновой бор, который, обрушиваясь на берег, приводит к колоссальным разрушениям и многочисленным человеческим жертвам. Именно подобный бор, образовавшийся на побережье Таиланда, Индонезии, Индии и Шри Ланки во время цунами 26 декабря 2004г. в Индийском океане, и привел к гибели сотен тысяч человек.

Изменение характера волны цунами

Рисунок 1. Изменение характера волны цунами при приближении к берегу и значения скорости волн цунами на различных глубинах океана.

Заплески цунами на берег могут достигать высот 30-60м. Так, максимальные заплески во время цунами 13.07.1993г. в Японском море на южном побережье о-ва Окушири (Япония) имели высоту до 32м, заплески цунами 26.12.2004г. в Индийском океане на северном побережье о-ва Суматра превысили 35 м, а во время Аляскинского цунами 27.03.1964 г. на отдельных участках побережья Аляски наблюденные заплески превысили 60 м.

До самого последнего времени цунами воспринималось как явление достаточно экзотическое. В Европе это явление было вообще практически неизвестно (за исключением Португалии, где в 1755 г. волны цунами разрушили город Лиссабон). В Африке, на бόльшей части Азии (кроме стран тихоокеанского побережья) и Атлантическом побережье Южной Америки волны цунами в исторически обозримый период не наблюдались.

В России (и в бывшем СССР) после катастрофического события 1952г., когда был полностью разрушен поселок Северо-Курильск (что и явилось основной причиной организации в СССР Службы Цунами), других событий подобного масштаба не наблюдалось. За последние 50 лет самым сильным у берегов России было Симуширское цунами 2006 г., когда высоты заплесков волн достигали на отдельных участках побережья о. Симушир до 30 м. Ущерб не был причинён, так как данные территории Центральных Курильских островов являются незаселёнными.

Причины возникновения цунами

Согласно исторической базы данных цунами в Тихом океане: основной вклад в образование цунами — 79%- вносят землетрясения, 6 % — подводные и наземные оползни, 5% — извержения вулканов, 3% — метеорологические причины, а для 7% — источник неизвестен.

При землетрясениях образуются разломы поверхности земной коры — трещины и, как следствие — смещение пород по обе стороны поверхности разлома. Смещения могут быть вертикальные или горизонтальные. Поверхность моря над зоной деформации океанического дна также подвержена аналогичной деформации, но если деформация океанического дна постоянна, деформация поверхности не является постоянной. Другими словами, если под водой образовалась вертикальная трещина, часть дна опускается. Дно внезапно перестает поддерживать столб воды, лежащий над ним. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, — среднему уровню моря, и порождает серию волн.

Основными физическими механизмами образования волн цунами в результате вулканического извержения являются:

  • — выброс в воду большого объёма вещества (от медленного истечения лавы до взрывного извержения);
  • — взрыв вулканического острова;
  • — пиропластические потоки, обвалы.

Ещё одной причиной возникновения цунами являются оползни. Образовываться цунами могут в результате подводных оползней и мутьевых потоков, обрушения в воду фрагментов крутых берегов, скал и ледников, а иногда и портовых сооружений. Чаще всего такие цунами относятся к локальным событиям

Другой тип цунами возникает в результате воздействия на поверхность океана атмосферных процессов. Метеоцунами — малоизученное явление, однако, в Тихом океане фиксируется достаточное количество таких цунами. Они имеют место и в Атлантическом, Индийском океанах.

Разные механизмы образования цунами

Рисунок 2. Разные механизмы образования цунами

Ещё одна малоизученная, но привлекающая интерес современных учёных причина образования цунами — падение в океаны космических тел.

Цунами не всегда генерируются каким-либо одним явлением, причиной может стать их совокупность. Например, землетрясение и оползень, вулканическое извержение, сопровождающееся землетрясением и оползнем и так далее.

Особенности распространения цунами

В океане, вдали от берегов, высота цунами невелика (до двух метров с периодом от 5 до 90 минут), длина достигает сотен км, поэтому они очень пологи и почти неощутимы для судов, находящихся в открытом море. Скорость движения цунами в океане зависит от его глубины и измеряется сотнями км (до 800 км/ч). Высота цунами по мере выхода на мелководье возрастает, достигая в отдельных случаях опасных размеров (до 20-30 м). Вблизи побережий цунами трансформируются, становятся круче и выше.

Высокие и относительно короткие с периодом меньше 30 минут цунами у пологих берегов приобретают неправильную форму. Цунами с большими периодами незначительно изменяют свою форму у побережья, постепенно затапливая берег и плавно отступая. Вблизи крутых берегов крупные цунами образуют взбросы на значительные высоты, а у пологих — опрокидываются, образуя накат.

В общем случае высоты цунами на побережье и особенности их движения вглубь берега зависят от размеров первоначального возмущения уровня моря, уклонов дна, конфигурации береговой линии рельефа местности.

Цунами наиболее опасны в суживающихся бухтах и проливах, а также в приустьевых участках рек, впадающих в море. Дальше всего цунами проникают по долинам рек. Примерами таких районов могут служить: Второй Курильский пролив, залив Тухарка на о. Парамушир, бухта Крабовая на о. Шикотан, устье реки Камчатки и т. п.

Угроза цунами в течение суток в каком-либо пункте может резко возрастать или падать в зависимости от колебания приливного уровня.

Условия, благоприятствующие возникновению цунами

Далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. Можно говорить, по крайней мере, о четырех условиях, благоприятствующих возникновению мощных цунами:

  1. Очаг землетрясения располагается под дном моря, океана или в сравнительной близости от тех крупных блоков земной коры, которые соприкасаются с большими водными толщами.
  2. Над эпицентральной областью землетрясения находится слой воды значительной мощности.
  3. Глубина очага землетрясения невелика (10-60 км).
  4. Землетрясение должно быть большой силы (если оползень или обвал, то масса пород, участвующих в образовании цунами, должна иметь достаточно большой объем).

Таким образом, наиболее разрушительной силой обладают цунами с очагами в глубоководных зонах, и, разрушительная сила волн цунами зависит от интенсивности породивших их землетрясений, расстояний от места возникновения до берега, протяженности очага цунами и первоначальной высоты волны, а также от особенностей рельефа дна на пути распространения волны и конфигурации береговой линии.

Классификация цунами

Цунами классифицируют по магнитуде (магнитудная шкала для цунами предложена японскими учеными). Магнитуда цунами определяется, по аналогии с магнитудой землетрясений, как логарифм амплитуды колебаний уровня воды, измеренных стандартным мареографом у береговой линии на расстоянии от 10 до 3 км от источника цунами.

m=3,39·lgh, где h — максимальная высота волны в метрах.

Такие формулы дают весьма изменчивые и грубые оценки, т. к. на высоту морских волн сильно влияют особенности береговой линии. Когда волна цунами входит в какой-нибудь замкнутый водоем, уровень воды резко повышается.

При очень крутых уклонах дна и прямолинейных берегах, а также на участках с достаточно высокими берегами цунами вырастает несильно и не причиняет сколько-нибудь значительных разрушений. Особую опасность представляют собой суживающиеся, с уменьшающимися глубинами бухты и проливы, в которых происходит значительное увеличение высоты, а стало быть, и разрушительное действие волн. При этом, в случае низменного побережья волна захватывает большие участки суши, сметая все на своем пути. Крайнюю опасность представляют устья рек, по которым цунами может проникнуть в глубь территории на расстояние до нескольких километров. Уменьшается высота волн только в закрытых расширяющихся бухтах с узким входом.

В случае залива, отгороженного от моря, явления резонанса и интерференции могут

Магнитуда цунами Высота волны, м Проявление
0 ~ 1
1 2–4 прибивает корабли к берегу
2 6–10 разрушения, есть человеческие жертвы
3 10–20 вдоль берега — до 200 км, большие человеческие жертвы
4 >30 до 500 км вдоль берега — выкат волн