Особенности цунами как стихийного бедствия

Цунами возникает во время землетрясения в море или в океане, когда создаются условия для образования в толще воды мощных волн. Эти волны расходятся во все стороны от эпицентра, который представляет собой проекцию гипоцентра — условного центра очага землетрясения — на поверхность морского дна. Очаг располагается в толще Земли на некоторой глубине, чаще всего в пределах нескольких десятков километров. Именно там, в области очага, возникают напряжения и деформации горных пород, которые приводят к разрывам и высвобождению накопившейся энергии.

Далеко не каждое землетрясение, случающееся в океане, вызывает цунами. Гигантская волна образуется в том случае, когда происходит внезапное, очень резкое смещение океанского дна, и особенно часто при мгновенном вертикальном взбрасывании (подъеме) одного из крыльев тектонического разрыва. Детальный анализ условий возбуждения цунами показал, что максимальная амплитуда волн цунами возникает в том случае, когда смещения пород происходят на глубине примерно 10 км, а если гипоцентр расположен глубже, амплитуда постепенно уменьшается.

Над местом тектонического смещения океанского дна в поверхностном слое воды возникает водяной холм, который, оседая, образует волны, расходящиеся, как от брошенного в воду камня, во все стороны. В открытом океане эти волны имеют очень большую длину: расстояние между двумя гребнями достигает 100−150 км. А вот высота у них небольшая, всего несколько метров, очень редко — десятки метров. Гангнус А. Тайна земных катастроф. М., 2015. С. 156.

Итак, резкое, почти мгновенное смещение дна вызывает одновременный подъем всей толщи океанской воды и волны на поверхности, расходящиеся в стороны со скоростью до 600−800 км/ч. Чем больше глубина океана, тем выше скорость волн, которая примерно пропорциональна квадратному корню из глубины. Находясь в открытом океане на корабле или яхте, очень длинную поверхностную волну можно и не заметить. Но ситуация меняется, когда такая волна приближается к отмелому берегу с широким и пологим подводным склоном.

Дело в том, что колоссальная энергия волны перераспределяется, так как трение воды о дно замедляет движение нижней части водяной толщи, в то время как ее верхняя часть перемещается с большей скоростью. Этот процесс начинает развиваться, когда глубина достигает примерно половины длины волны. При приближении к берегу уменьшается как скорость движения волны, так и ее длина. Например, при глубинах около 1 км скорость волны составляет 350−360 км/ч, а при глубине 50 м — менее 100 км/ч. Гангнус А. Тайна земных катастроф. М., 2015. С. 157.

Когда нижняя часть волны начинает тормозиться, волна «вырастает», увеличивая свою высоту, и вся ее энергия сосредоточивается на относительно узком фронте. На гребне растущей волны появляется белый бурун, и она приобретает асимметричную форму: внутренняя сторона вогнутая и крутая, а внешняя, обращенная в сторону океана, — более пологая.

У волны цунами гребень венчается гигантским буруном, а сама она, высотой 5, 10 или 30 м, всей массой гигантской водяной стены обрушивается на берег, и бурлящая вода стремительно мчится вперед, сметая все на своем пути. Если волна входит в узкий залив, то ее высота возрастает в несколько раз, образуя водяной вал (его называют «бор»), удар которого о берег подобен залпу сотен орудий. Постепенно сила волны иссякает, и вода начинает свой обратный бег к океану, увлекая за собой любые плавающие предметы, автомобили, животных и людей. Там же.

Высота морской волны — расстояние по вертикали между гребнем и подошвой волны. Непосредственно над очагом возникновения цунами высота волны составляет от 0,1 до 5 м. Ни с корабля, ни с самолета эта волна, обычно, не видна. Люди, находящиеся на корабле, даже не подозревают о том, что под ними прошла волна цунами. Попадая на мелководье, она уменьшает скорость движения, и ее энергия идет на увеличение высоты. Волна растет все выше и выше, как бы «спотыкаясь» на мелководье. При этом ее основание задерживается, и создается нечто вроде водяной стены высотой от 10 до 50 ми более. Конечная высота волны зависит от рельефа дна океана, контура и рельефа берега. На плоских, широких побережьях высота цунами обычно не более 5−6 м. Волны большой высоты образуются на отдельных, сравнительно небольших участках побережья с узкими бухтами и долинами. Канке В. А. Концепции современного естествознания. М., 2014. С. 225.

В Японии, как в одной из самых страдающих от цунами стран, волны с высотой 7−8 м встречаются примерно 1 раз в 15 лет, а с высотой 30 м и более отмечались 4 раза за последние 1500 лет. Самой крупной была волна, которая обрушилась на берег полуострова Камчатка у мыса Лопатка в 1737 г. Она достигла высоты чуть ли не 70 м. В 1968 г. на Гавайских островах (США) волна перекатывалась через верхушки прибрежных пальм.

Длина морской волны — расстояние по горизонтали между двумя вершинами или подошвами смежных волн. Длина волны может составлять от 150 до 300 м. Она сокращается по мере уменьшения глубины океана, так как скорость перемещения цунами становится меньше при подходе к берегу.

Фазовая скорость волны — линейная скорость перемещения какой-либо фазы (элемента) волны, например, гребня. Она колеблется в пределах от 50 до 1000 км/ч. Чем больше глубина океана, тем с большей скоростью перемещается волна. Пересекая Тихий океан, где средняя глубина около 4 км. цунами движется со скоростью 650−800 км/ч, при прохождении глубоководных желобов скорость увеличивается до 1000 км/ч, а при подходе к берегам быстро падает и составляет на глубине 100 м около 100 км/ч. В 1946 г. цунами от пролива Унимак, разрушив маяк Скоти-Кеп (США) и г. Хило (Гавайские острова), докатилась до г. Вальпараисо (Чили) за 18 ч, пройдя расстояние в 13 тыс. км со средней скоростью порядка 700 км/ч. С такой же скоростью цунами, возникшее при землетрясении в Чили в 1960 г. пересекло Тихий океан и достигло берегов Японии, Австралии, Курильских островов. Колоссальная энергия цунами гонит его на огромные расстояния. Например, цунами, вызванное извержением вулкана Кракатау в 1883 г. (Индонезия), было отмечено на расстоянии 18 тыс. км от места его возникновения. Алексеев Н. А. Стихийные явления в природе: проявление, эффективность защиты. М., 2014. С. 134.

Интенсивность цунами — характеристика энергетического воздействия цунами на берег, оцениваемая по условной шестибалльной шкале:

• — 1 балл — очень слабое цунами. Волна отмечается (регистрируется) только мореографами.
• — 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.

К поражающим факторам цунами относятся ударная волна, размытие, затопление. Колоссальная кинетическая энергия волны позволяет цунами рушить практически все, что встречается на пути. Катастрофическое цунами, почти не снижая скорости, способно пройти через населенный пункт средних размеров, превратить его в руины и уничтожить все живое. После прохождения цунами побережье меняет свой облик, корабли выносятся на берег на расстояние сотен, а порой и тысяч метров от кромки моря. В порту Корраль (Чили) в 1960 г. волна цунами перебросила судно водоизмещением 1 1 тыс. т из гавани через город в открытое море. Наряду с материальными потерями цунами приводит к гибели людей. В период 1947;1983 гг. количество жертв составило 13,6 тыс. человек. Алексеев Н. А. Стихийные явления в природе: проявление, эффективность защиты. М., 2014. С. 136.

По многочисленным наблюдениям, в 95% случаев цунами возникают вследствие сильных подземных землетрясений. Сам факт регистрации подобного землетрясения уже несет информацию о возможном цунами. Более детальная обработка сейсмических данных о землетрясении позволяет определить координаты его эпицентра и магнитуду, а также возможность возникновения цунами с опасной высотой волны.

Скорости распространения сейсмических волн в твердом теле Земли и цунами на акватории океана отличаются на несколько порядков. Поэтому между началом регистрации землетрясения береговой сейсмической станцией и приходом волны к берегу всегда есть пауза, длительность которой зависит от расстояния между эпицентром землетрясения и конкретным участком побережья. Для российского побережья Тихого океана эта пауза лежит в пределах от нескольких минут до суток. Ее наличие позволяет службе оповещения заблаговременно передать предупреждение в населенные пункты о надвигающейся опасности и осуществить мероприятия по предотвращению возможного ущерба от цунами на берегу и в море. Резанов И. А. Великие катастрофы в истории Земли. М., 2014. С. 231.

Для того чтобы понять природу происхождения цунами, важно различать волны цунами от волн, порождаемых морскими и океаническими ветрами и приливами-отливами. Ветра, дующие на поверхности океанов, рождают лишь незначительные волны лишь в верхних слоях океана. Так, например, водолазы, ныряющие с только лишь аквалангами, спокойно могут опускаться на глубину, где даже в самые сильные штормы вода океана остается совершенно спокойной.

Действительно, во время сильных штормов волны могут подниматься на 30 метров и более, но даже эти волны не приводят к волнению внутренние воды океана и остаются лишь на поверхности. Кроме того, скорость движения волн, вызванных обычными ветрами, достигает примерно 20 км/час, тогда как скорость волны цунами может достигать 750−800 км/час. Приливы и отливы в течение дня совершают путь равный двукратному размеру Земли и — так же, как и цунами — достигают морского дна и могут породить сильные потоки и течения. Однако в отличие от приливов и отливов природа возникновения цунами не связана с силой лунного и солнечного притяжения. Щетников Н. Цунами. М., 2014. С. 83.

Цунами же, как правило, имеют сейсмическую природу. Приведем лишь краткое описание схемы возникновения цунами: при землетрясениях образуются разломы поверхности земной коры — трещины и, как следствие — сбросы, сдвиги и надвиги, приводящие к опусканию или поднятию значительных районов дна. При этом в толще воды происходят мгновенные изменения объема и давления, вызывающие появление волн сжатия и разрежения, которые, достигая поверхности океана, вызывают ее колебания и формируют цунами. Период образовавшихся волн составляет от 2 до 20 мин, т. е. это длинные волны. В открытом море эти волны не заметны, но они несут огромную энергию. Скорость смещения волн цунами на глубокой воде может достигать 750−800 км/час. При движении энергия цунами расходуется на преодоление сил вязкости и трения о дно. Интенсивность цунами связана с силой землетрясения. Щетников Н. Цунами. М., 2014. С. 87.

При внезапном изменении поверхности океанического дна колоссальная масса воды над ней также претерпевает колоссальные изменения. Происходящее на дне волнение передается через все слои воды к поверхностным водам, так что огромная масса воды высотой в 5000 — 6000 метров превращается в единую гигантскую волну, которая может охватить собой пространство в 10.000 км2.

В открытом океане цунами не опасны и не видны.

Цунами в открытом океане вовсе не являются волнами огромных размеров, как часто полагают. Высота волны составляет часто не более 1 метра, и длина ее простирается всего лишь на 1000 метров.

То есть поверхность волны слегка наклонна, (1 см на 1км). Несмотря на то, что скорость этой волны составляет 500 — 800 км в час в открытом океане она совсем не заметна, ибо замаскирована вполне естественно выглядящими поверхностными волнами. Для того чтобы лучше представить себе скорость волны цунами достаточно сказать, что она равна скорость самолета Боинг 747. Волну цунами, идущую с такой скоростью в открытом океане, не может почувствовать, однако, ни один корабль, плывущий над ней. Там же.

Цунами, обрушившие на прибрежные районы до 100.000 тонн воды.

Исследования показали, что цунами не является одной волной, то словно в примере с камнем, брошенным в воду и породившим множество волн, также представляет собой серию волн, происходящих из одного эпицентра.

Причем расстояние между двумя волнами, следующими друг за другом, может достигать 500−650 км. Таким образом, цунами за несколько часов может пересечь весь океан. Колоссальная энергия, таящаяся в волнах цунами, во всей мощью вырывается наружу только достигнув препятствия, то есть берега, земли.

Мощная водная стена цунами концентрирует в себе огромный энергетический потенциал. По мере приближения к берегу, толща воды, то есть глубина океана уменьшается, таким образом, энергия волны, идущей из эпицентра, расположенного на большой глубине, все более и более зажимается и концентрируется во все уменьшающейся толще воды. Энергия начинает вырываться вверх и в поверхностных водах по мере приближения к берегу отмечается стремительный рост высоты волн. Волны, которые в открытом океане составляют в среднем 60 см в высоту, при вхождении в неглубокие районы океана теряют свою скорость, расстояние между волнами, следующими друг за другом, также сокращается, волны начинают накладываться одна на другую, что еще больше усиливает концентрацию энергии. Вырывающаяся наружу энергия рождает все более высокие волны. Щетников Н. Цунами. М., 2014. С. 88.

Как правило, волны достигают 15 метров, но бывает, доходят и до 30 метров в высоту. Эти колоссальные волны стремительно обрушиваются на берег со всем концентрацией энергии, причиняя катастрофические разрушения и унося с собой жизни многих людей.

Цунами на каждый метр береговой линии, встречающейся на его пути, с непостижимой разрушительной силой выбрасывает более 100.000 тонн воды. (Волны цунами, обрушившегося на берега Японии в июле 1993 года, достигали 30 метров над уровнем моря). Как правило, первым признаком приближающегося цунами являются не огромная волна, а, наоборот, осушка берега — быстрый и сильный отлив, при котором обнажается морское дно на десятки метров. Смолкает шум прибоя, наступает необычная тишина и чем дальше отступает вода от берега, тем большей силы цунами можно ожидать.