Волна цунами

Волна цунами — это длинная и высокая океаническая волна, возникающая в результате мощного воздействия на всю толщу воды, как правило, подводного землетрясения, извержения вулкана, оползня или падения крупного метеорита. В отличие от обычных ветровых волн, которые захватывают только поверхностный слой, цунами обладает огромной энергией и распространяется на большие расстояния со скоростью, сопоставимой со скоростью реактивного самолёта. В открытом океане высота волны невелика (обычно менее метра), но при подходе к мелководью она резко увеличивается, вызывая катастрофические разрушения на побережье.

Причины возникновения

Цунами образуются при любом резком смещении больших масс воды. Основные причины делятся на несколько типов.

Подводные землетрясения

Наиболее распространённая причина (около 85 % всех цунами). Возникают при землетрясениях с магнитудой более 7,0, когда происходит вертикальное смещение участка морского дна. Если океаническая плита резко опускается или поднимается, она толкает всю толщу воды над собой, порождая волну. Эффективность образования цунами зависит от глубины очага, магнитуды и характера подвижки (сдвиг по вертикали). Например, землетрясение 2004 года в Индийском океане (магнитуда 9,1–9,3) вызвало цунами, унёсшее жизни более 230 тысяч человек.

Извержения вулканов

Подводные или прибрежные извержения могут вызывать цунами несколькими способами: взрывной выброс магмы, обрушение кальдеры, падение пирокластических потоков в воду. Классический пример — извержение вулкана Кракатау в 1883 году, когда взрыв породил волны высотой до 40 метров, разрушившие сотни прибрежных деревень.

Оползни

Крупные подводные оползни, а также обрушение береговых скал или ледников в воду способны генерировать цунами. Такие волны часто бывают локальными, но могут достигать огромной высоты. В 1958 году в заливе Литуйя (Аляска) оползень вызвал цунами с рекордной высотой заплеска — 524 метра.

Падение небесных тел

Падение крупного метеорита или астероида в океан теоретически может породить цунами колоссальной силы. Хотя за историю человечества таких событий не зафиксировано, геологические данные свидетельствуют о возможных гигантских волнах, вызванных импактными событиями в далёком прошлом.

Физика и характеристики

Цунами принципиально отличается от обычных волн. Её главные параметры — длина волны, период, скорость и высота.

Длина волны и период

В открытом океане длина волны цунами может достигать 100–500 км, а период (время между прохождением двух гребней) — от 10 минут до 2 часов. Обычные ветровые волны имеют длину 10–150 м и период 5–15 секунд.

Скорость распространения

Скорость цунами определяется глубиной океана по формуле \( v = \sqrt{g \cdot h} \), где \( g \) — ускорение свободного падения, \( h \) — глубина. В глубоком океане (глубина 4000–5000 м) скорость достигает 700–800 км/ч. При выходе на мелководье скорость резко падает.

Высота и трансформация

В открытом океане высота волны редко превышает 1 метр, что делает её незаметной для судов. Однако при подходе к берегу, из-за уменьшения глубины и трения о дно, скорость волны падает, а её высота резко возрастает — это называется «обрушение» или «заплеск». Высота заплеска может достигать 30–40 метров и более. Волна может заходить вглубь суши на несколько километров, особенно на низменных побережьях.

Количество волн

Цунами — это не одна волна, а серия волн (цунами-поезд). Первая волна не всегда самая высокая; часто наибольшая высота достигается второй, третьей или даже десятой волной. Интервалы между волнами могут составлять от нескольких минут до часа.

Классификация цунами

Цунами классифицируют по различным признакам.

По причине возникновения

• Сейсмогенные (вызванные землетрясениями).
• Вулканогенные (вызванные извержениями).
• Оползневые (вызванные оползнями).
• Метеорологические (вызванные резкими изменениями атмосферного давления — метеоцунами, встречаются реже).
• Импактные (вызванные падением небесных тел).

По масштабу и последствиям

• Локальные — распространяются на расстояние до 100 км от источника, высота волны до 10 м, время подхода — до 1 часа.
• Региональные — распространяются на расстояние до 1000 км, высота волны до 20 м, время подхода — 1–3 часа.
• Трансокеанские — пересекают целые океаны, высота волны может достигать 30 м и более, время подхода — более 3 часов (например, цунами 2004 года в Индийском океане).

Исторические примеры

Цунами 2004 года в Индийском океане

Крупнейшее по числу жертв цунами в истории. Вызвано землетрясением у берегов Суматры (Индонезия). Волны высотой до 30 м обрушились на побережья 14 стран, унеся жизни более 230 000 человек. Это событие привело к созданию глобальной системы предупреждения о цунами.

Цунами 2011 года в Японии (Тохоку)

Землетрясение магнитудой 9,0 у восточного побережья острова Хонсю вызвало цунами с высотой заплеска до 40 м. Волны затопили территорию площадью около 560 км², вызвали аварию на АЭС «Фукусима-1» (радиоактивное загрязнение). Погибло около 20 000 человек.

Цунами 1958 года в заливе Литуйя (Аляска)

Рекордное по высоте заплеска — 524 метра. Вызвано оползнем, сошедшим в воды залива. Несмотря на огромную высоту, число жертв было небольшим (5 человек) из-за удалённости района.

Системы предупреждения

Для снижения ущерба от цунами существуют международные и национальные системы предупреждения. Основные элементы:

• Сейсмические сети — регистрируют землетрясения и оценивают их цунамигенность.
• Донные датчики давления (например, система DART) — фиксируют прохождение волны в открытом океане.
• Мареографы — измеряют уровень моря в прибрежных зонах.
• Центры предупреждения — анализируют данные и выпускают оповещения (например, Тихоокеанский центр предупреждения о цунами, PTWC).

После получения сигнала тревоги у населения есть от нескольких минут до нескольких часов на эвакуацию на возвышенности или в специальные укрытия.

Защита от цунами

Меры защиты делятся на инженерные и организационные.

Инженерные методы

• Волнорезы и дамбы — бетонные стены высотой до 10–15 м, устанавливаемые вдоль побережья (особенно распространены в Японии).
• Лесозащитные полосы — посадки деревьев (например, кокосовых пальм) на побережье, которые частично гасят энергию волны.
• Планировка застройки — запрет на строительство жилья в зонах возможного затопления, строительство на сваях.

Организационные методы

• Обучение населения — проведение учений, распространение памяток о действиях при цунами.
• Системы оповещения — сирены, SMS-рассылки, трансляция по радио и телевидению.
• Эвакуационные маршруты — обозначенные пути к возвышенностям и безопасным зонам.

Интересные факты

• Цунами может двигаться со скоростью реактивного самолёта (до 800 км/ч), но при этом оставаться незаметным для глаз в открытом океане.
• Первая волна цунами часто бывает не самой высокой — это может быть «отлив» (вода отступает от берега), за которым следует основная волна.
• В русском языке слово «цунами» — заимствование из японского, где оно означает «волна в гавани».
• Самые высокие цунами в истории были вызваны не землетрясениями, а оползнями и вулканическими взрывами.

Источники

• «Цунами: физика, прогнозирование, защита» — Левин Б. В., Носов М. А. (М.: Наука, 2005).
• «Волны цунами» — Пелиновский Е. Н. (Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1996).
• «Tsunami: The Underrated Hazard» — Bryant E. (Springer, 2014).
• Данные Международной системы предупреждения о цунами (IOTWS, PTWC).
• «Катастрофа 2004 года в Индийском океане: причины и последствия» — отчёт ЮНЕСКО.