Цунами: причины, характеристики и последствия¶

Цунами — это длинные морские гравитационные волны, возникающие в результате крупномасштабного воздействия на всю толщу воды в океане или море. В отличие от ветровых волн, которые захватывают лишь поверхностный слой, цунами обладает огромной энергией и длиной волны (до сотен километров), что позволяет ему распространяться на тысячи километров со скоростью реактивного самолёта и обрушиваться на побережье в виде серии разрушительных нагонов воды.

Термин происходит от японских слов «цу» (гавань, бухта) и «нами» (волна), что отражает главную особенность явления: в открытом океане волна почти незаметна для судов, но, входя в сужающуюся бухту, она резко увеличивает высоту и производит катастрофические разрушения. Научное изучение цунами началось относительно недавно — после Второй мировой войны, хотя исторические описания катастрофических волн известны с древности.

¶Причины возникновения

Около 80–90 % всех цунами порождается подводными землетрясениями. Для возникновения цунами необходимо, чтобы очаг землетрясения находился под дном океана, а магнитуда превышала 7,0. Ключевое значение имеет вертикальное смещение участка морского дна: при резком опускании или поднятии тектонической плиты происходит перемещение огромного объёма воды, которое и порождает волну. Не всякое сильное подводное землетрясение вызывает цунами — важна механика подвижки (взброс или сброс), а не только энергия.

Другие причины включают:

Подводные оползни — часто возникают на континентальных склонах и могут порождать локальные, но чрезвычайно высокие волны (до 50 м и более). Крупнейшее историческое цунами в бухте Литуйя на Аляске в 1958 году (высота заплеска 524 м) было вызвано именно оползнем.
Извержения вулканов — как подводных, так и прибрежных. Взрывная волна, обрушение кальдеры или пирокластические потоки, входящие в воду, создают цунами. Пример — извержение вулкана Кракатау в 1883 году, породившее волны высотой до 40 м.
Падение метеоритов — редкий, но потенциально глобальный механизм. Крупное тело, упавшее в океан, способно породить волны высотой в сотни метров. Считается, что именно такое цунами стало одним из факторов вымирания динозавров 66 млн лет назад.
Обрушение береговых скал и ледников в воду также может вызывать локальные волны значительной высоты.

¶Физика и характеристики

Цунами принципиально отличается от обычных волн. Ветровые волны имеют период 5–15 секунд и длину 100–200 метров; цунами же характеризуется периодом от 10 минут до 2 часов и длиной волны от 100 до 500 километров. Это означает, что цунами — это волна, «чувствующая дно» на любой глубине океана, поскольку глубина океана (в среднем 4 км) значительно меньше длины волны.

Скорость распространения цунами описывается формулой мелкой воды \( v = \sqrt{gH} \), где \( g \) — ускорение свободного падения, а \( H \) — глубина океана. При средней глубине 4000 м скорость достигает 200 м/с (около 700 км/ч). В глубоком океане высота волны невелика — обычно 0,5–1 метр, поэтому цунами там практически незаметно: корабль ощущает лишь медленный плавный подъём и опускание.

При приближении к берегу глубина уменьшается, скорость падает, а энергия волны, сохраняясь, переходит в увеличение высоты. Этот процесс называется рефракцией и «обмелением» (shoaling). Высота волны может вырасти в 10–20 раз. Дополнительное усиление происходит в воронкообразных бухтах и эстуариях рек. Перед приходом основной волны часто наблюдается резкий отход воды от берега на сотни метров — это впадина волны, которую многие люди ошибочно принимают за отлив и выходят на обнажившееся дно, что приводит к жертвам.

Цунами приходит не одной волной, а серией (цунами-поездом). Интервалы между отдельными волнами составляют от 5 до 90 минут. Первая волна далеко не всегда самая высокая: часто вторая или третья волна оказывается значительно выше, так как накладывается на остаточные колебания воды (сейши) в заливе.

¶Классификация и шкалы

По происхождению цунами делят на сейсмогенные, вулканогенные, оползневые и метеорологические (метеоцунами, вызванные резкими перепадами атмосферного давления). По удалённости от источника выделяют локальные (менее 100 км от берега), региональные (до 1000 км) и удалённые (трансокеанические) цунами. Локальные цунами наиболее опасны, так как волна приходит через 10–30 минут после землетрясения, когда система предупреждения ещё не успевает сработать.

Для оценки интенсивности цунами применяется шкала Имамуры–Ииды (от 0 до 4 баллов), основанная на максимальной высоте заплеска волны на побережье. Балл 4 соответствует высоте более 30 метров и означает полное уничтожение инфраструктуры в полосе затопления. Для магнитуды цунами используется шкала Соловьёва, где магнитуда вычисляется через десятичный логарифм высоты волны.

¶Крупнейшие исторические события

Одной из самых задокументированных ранних катастроф является цунами у берегов Лиссабона 1 ноября 1755 года, вызванное землетрясением магнитудой около 8,5. Волна высотой до 15 метров уничтожила порт и унесла жизни десятков тысяч людей, что стимулировало первые научные исследования связи землетрясений и волн.

Извержение Кракатау в 1883 году породило цунами, прокатившееся по всему Индийскому океану и унёсшее жизни более 36 000 человек на островах Ява и Суматра. Волны достигали высоты 40 метров и были зарегистрированы даже в Ла-Манше.

В XX веке наиболее разрушительными стали:

Аляска, 1964 год — Великое Аляскинское землетрясение магнитудой 9,2 вызвало цунами, уничтожившее город Валдиз и унёсшее жизни 139 человек (включая 16 погибших от волн в Калифорнии и Орегоне).
Индийский океан, 26 декабря 2004 года — землетрясение магнитудой 9,1–9,3 у берегов Суматры породило цунами, которое за 7 часов достигло берегов Африки. Погибло около 230 000 человек в 14 странах, что делает это событие самым смертоносным цунами в истории. Волны достигали высоты 30 метров в Индонезии.
Япония, 11 марта 2011 года — землетрясение магнитудой 9,0 у восточного побережья Хонсю вызвало цунами с высотой волн до 40 метров. Погибло около 19 000 человек, а волна привела к аварии на АЭС «Фукусима-1» с выбросом радиоактивных веществ.

¶Системы предупреждения

После катастрофы 2004 года в Индийском океане международное сообщество значительно расширило сеть систем предупреждения о цунами. Основу составляют сейсмические станции, фиксирующие сильные подводные землетрясения, и сеть глубоководных датчиков давления DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis), которые регистрируют прохождение волны в открытом океане. Данные передаются в региональные центры предупреждения, которые рассчитывают время прихода волны и объявляют угрозу.

Тихоокеанский центр предупреждения о цунами (PTWC) на Гавайях координирует работу в Тихом океане. В России функционирует служба предупреждения, охватывающая Дальний Восток — Камчатку, Курилы и Сахалин. Эффективность систем зависит от скорости: для локальных цунами, приходящих через 10–20 минут, решающим фактором является автоматическая передача сигнала без участия человека. Тем не менее, ложные тревоги неизбежны, так как не каждое сильное землетрясение порождает опасную волну.

¶Защита и меры безопасности

Инженерные методы защиты включают строительство волноломов, дамб и лесозащитных полос. Япония исторически сооружала массивные бетонные стены высотой до 10 метров, однако цунами 2011 года показало, что они не могут противостоять экстремальным волнам. Более эффективной считается комплексная стратегия, сочетающая инженерные сооружения, планировку прибрежных зон (запрет на строительство в низменных участках), системы раннего оповещения и обучение населения.

Природным индикатором приближения цунами служит резкий отход воды от берега, а также сильное землетрясение, ощущаемое на побережье. В этих случаях необходимо немедленно уходить на возвышенность не менее чем на 30–40 метров над уровнем моря или удаляться вглубь суши на 3–4 километра. Эвакуация должна продолжаться до официальной отмены тревоги, поскольку первая волна не является самой высокой.

¶Источники

Пелиновский Е. Н. «Гидродинамика волн цунами». — Нижний Новгород, 1996.
Левин Б. В., Носов М. А. «Физика цунами и родственных явлений в океане». — М.: Янус-К, 2005.
Гусяков В. К. «Цунами: хроника и наука». — Новосибирск, 2007.
Доклад МГЭИК (IPCC) о рисках прибрежных зон, 2019.
Данные Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), архив цунами.