Почему возникают цунами?

Самые старые источники о цунами дошли до нас из Японии. Японские острова расположены в сейсмически опасной зоне, а плотность населения очень высокая. В России первые описания цунами появились в XVIII веке: ботаник, географ и путешественник Степан Крашенинников стал свидетелем явления на Камчатке в 1737 году. Как он тогда отметил, высота цунами достигала 30 сажен, то есть порядка 50 метров. Это была очень высокая волна. Но, как ни странно, интерес к цунами это сообщение не вызвало.

Всерьез изучением этого явления начали заниматься в середине XX века, после окончания войны и отказа японцев от прав на Курильские острова. Страшное цунами произошло в 1952 году: гигантская волна обрушилась на все побережье Курил, город Северо-Курильск был полностью смыт. По разным оценкам, погибло около пяти тысяч человек. И именно после этого события была создана служба цунами, а это явление начали всерьез изучать в России.

Большая волна в Канагаве. Кацусика Хокусай // wikipedia.org

Причины возникновения цунами и физика процесса

Эта идея, концепция спрединга, появилась в 1960-х годах. В мантии Земли происходит конвекция (внутренний теплообмен, при котором энергия передается струями и потоками), из-за чего плиты, особенно в океаническом бассейне, могут сильно смещаться.

Сильнейшие землетрясения и цунами происходят в зонах субдукции

Например, в районе Курил в настоящее время сдвиг плит составляет порядка шести сантиметров в год, а в некоторых местах доходит до десяти. Плиты сжимаются, образуются упругие напряжения, которые постепенно накапливаются. Во время землетрясения обычно происходит сброс (разрядка) накопленной упругой энергии. Однако иногда напряжение может копиться десятки и сотни лет. Тогда произойдет очень сильное землетрясение.

Источниками цунами могут быть и подводные оползни, возникающие в результате сейсмических толчков и сотрясений, а иногда самопроизвольно. Одно из самых известных таких событий произошло в 1929 году. Случилось небольшое землетрясение, которое само по себе не могло бы вызвать цунами, но привело к обрушению подводного склона. Образовался поток, который промчался несколько тысяч километров от Ньюфаундленда на юг, оборвав кабели, соединявшие Европу и Америку. Образовавшаяся волна цунами была очень мощной и вызвала большие разрушения ? это было оползневое цунами. Они, как правило, не имеют трансокеанского характера, а скорее локальные, и причиненные ими разрушения имеют масштаб десяти километров. Ньюфаундлендское событие скорее исключение.

Палеоцунами и легенда о гибели Атлантиды

Одной из причин цунами в ряде случаев становится вулканическая активность. Известный пример — вулкан Санторин. Он взорвался и вызвал этим волну цунами. Это удалось определить благодаря геологическим данным. Мы называем это палеоцунами. Удалось выяснить, что волны были до 200 метров, а по некоторым данным — 260 метров. Эта волна обрушилась на побережье Крита и, возможно, стала причиной гибели минойской цивилизации. Некоторые научные исследования показывают, что именно минойское извержение могло послужить основой для легенды о гибели Атлантиды «в один день и бедственную ночь», рассказанной Платоном.

Экспедиции по поиску палеоцунами организовываются каждый год. Но это сложная задача: надо знать область, где искать. Перспективные районы для поиска — болото на высоте первых 10–20 метров над уровнем моря (иначе цунами до него бы просто не добралось). Если волна доходила до болота, то она приносила с собой соленую воду и морские организмы. Мы раскапываем такие ямы, находим эти следы, анализируем их, связываем вместе. Иногда события древности накладываются на цунами последних десятилетий. Интересно, что самые сильные заплески обнаружены именно в палеоцунами — например, были обнаружены следы волн до 300 метров на Гавайях, случившихся несколько тысяч лет назад.

Карта очагов сильнейших исторических цунами Курило-Камчатского региона

Самые известные цунами и опасные регионы

По интенсивности цунами самыми опасными регионами являются Японские острова, Индонезия, Чили, Алеутские острова, Аляска. В целом тихоокеанский регион является самым опасным, и цунами там происходят гораздо чаще. Но одно из самых крупных за все время наблюдений землетрясение произошло в 2004 году в Индийском океане.

Трагедия произошла потому, что многие в регионе не наблюдалось серьезной сейсмической активности. Существует гипотеза «сейсмических брешей», согласно которой если в данном районе долгое время, десятки или сотни лет, не происходит сильных землетрясений, там накапливаются очень сильные упругие напряжения. Именно так и случилось в районе Андаманских островов. Сейсмологи знали, что это сейсмически активная зона, но около 150 лет землетрясений не происходило. Событие, которое произошло в декабре 2004 года, было очень мощным ? магнитуда, по разным оценкам, составляет от 9,1 до 9,3 балла. Погибло около 300 тысяч человек, и именно потому, что никто не ожидал этого. Не было систем предупреждения, люди абсолютно не были подготовлены.

Землетрясение в Индийском океане в 2004 году // wikipedia.org

В рамках этого ужасного события примечательна история острова Сималур. Он находился чуть южнее индонезийского города Банда-Ачех, очень сильно пострадавшего и разрушенного в результате цунами, то есть находился фактически в эпицентре. На многих островах погибли люди, поселки, близкие к побережью, оказались почти все смыты. А именно на этом острове погибло наименьшее количество ? семь человек. По сути, они просто отказались эвакуироваться. Именно на этом острове люди сохранили легенды, передававшиеся из поколения в поколение, о том, что после сильных землетрясений нужно уходить в горы, что они и сделали. А те семеро, кто отказался это сделать, погибли.

Одно из крупнейших цунами произошло 5 ноября 1952 года на Курильских островах. Город Северо-Курильск и множество поселков побережья Камчатки и Курил были полностью уничтожены. Что примечательно, в советских газетах того периода не было никаких упоминаний о произошедшем. Согласно имеющимся сведениям, примерно через 40 минут после первого сотрясения на Северо-Курильск надвинулись две волны цунами. Первая была не очень высокая и залила только самые низкорасположенные дома, а высота второй составила 10 метров ? она и причинила главные бедствия. Радиостанция передавала SOS, но довольно бестолково, и в Петропавловске не могли понять, что происходит.

Деревня в руинах недалеко от побережья Суматры // wikipedia.org

Самое главное в случае цунами — знать, что делать. Во многих случаях можно спастись, хотя, конечно, бывают такие районы и ситуации, когда это сделать трудно. К сожалению, в индийском цунами много туристов погибло как раз из-за неосведомленности. Но известен пример десятилетней английской школьницы Тилли Смит, которая во время событий 2004 года отдыхала с родителями в Индонезии. Незадолго до этого на уроке географии в школе ей и ее одноклассникам рассказали о цунами, и, будучи на отдыхе, она смогла распознать его признаки и предупредить о надвигающемся бедствии родителей и тех, кто был с ними на пляже. Таким образом, благодаря ей спаслось больше ста человек.

Известно о еще нескольких крупных морских землетрясениях и последовавших за ними цунами. В середине XVIII века, в 1755 году, крупное цунами обрушилось на побережье Португалии и Марокко, сильно пострадал Лиссабон, погибло около 100 тысяч человек. Японские острова регулярно страдали от землетрясений и цунами на протяжении XVIII и XIX веков. Особенно сильное событие произошло не так давно, в 2011 году — его еще называют «великое восточнояпонское землетрясение». Это самое крупное землетрясение в Японии, его магнитуда составила 9,1.

Прогнозирование цунами

Прогноз цунами бывает долгосрочный и краткосрочный. Под долгосрочным прогнозом подразумевается оценка риска. То есть, например, вероятность цунами в Балтике очень низкая, хотя все-таки не нулевая. Но там можно спокойно строить здания на берегу, купаться, в специальной службе цунами необходимости нет. На берегу Северного Сахалина вероятность цунами тоже довольно низкая. А вот на Курильских островах, на Южном Сахалине и в области Японского моря уровень риска гораздо выше. Это называется долгосрочным прогнозом: мы оцениваем вероятную высоту волны цунами, ее повторяемость. Понятие «повторяемость» подразумевает, что, например, цунами с высотой 3 метра будет возникать в данном районе раз в 10 лет, а для цунами с высотой 20 метров повторяемость может составлять 100 лет. Самые высокие волны и самая частая повторяемость приходятся на Курильские острова и Камчатку. Большие цунами со значимой высотой происходят там раз в пять лет.

Генерация цунами сейсмотектоническим источником // giphy.com

Другой вид прогноза — оперативный. То есть это прогноз события, которое фактически уже произошло. Случилось землетрясение, образовалось цунами, но у жителей побережий еще есть время, и мы можем оценить проблему, принять решение об эвакуации и выводе судов в открытое море. Одним словом, есть масса мероприятий, которые зависят от этого прогноза. Когда служба цунами только появилась, такие решения принимались только исходя из силы землетрясений: при помощи сейсмических приборов оценивали магнитуду. Если землетрясение больше 6 баллов, то может произойти цунами, хотя при 6 баллах незначительное. Для Курильских островов тревожной магнитудой является 7 или 7,5 балла. Такое землетрясение может вызвать серьезное цунами. И, как уже было сказано, эта характеристика долгое время была единственным основанием для принятия решения об эвакуации на Сахалине, Камчатке и Курильских островах.

Однако далеко не все землетрясения порождают цунами. А людям, встревоженным извещением об эвакуации, как правило, не нравится по ночам убегать в сопки, когда тревога в конце концов оказывалась ложной. Из-за этого некоторые стали отказываться от эвакуации, что приводило к жертвам среди населения побережья, флота. Очень важно знать наверняка, будет цунами или нет.

Сейчас наука очень сильно продвинулась в предсказании цунами. Появились современные способы наблюдения за уровнем моря, например американские глубоководные приборы DART, российские разработки. Ведутся постоянные наблюдения. Как только происходит землетрясение, через спутник передается информация, оценивается, есть волна или нет.

В глубоководной части океана волна, как правило, не очень большая ? обычно не более 10– 20 сантиметров. Из этой величины можно рассчитать, какая волна будет на берегу. В современном мире система работает именно так, она должна давать прогноз волны цунами для разных частных случаев. Но небольшие ошибки все же бывают. В случае с нашим Дальним Востоком нас спасает то, что плотность населения небольшая, жертв поэтому немного. Последнее землетрясение в населенном районе Южных Курильских островов было в 1994 году. Тогда никто не погиб, но ущерб был нанесен значительный: на берег выбросило несколько рыболовецких судов, были затоплены прибрежные сооружения, один из домов унесло вверх по руслу реки.

Цунами-районирование

Мы все время находимся в ожидании цунами. Цунами 1952 года вполне может повториться. Американцы говорят, что опасная с точки зрения цунами зона есть около Аляски, а также на севере Калифорнии. Такие регионы нужно особо изучать и наблюдать за ними, чтобы предупредить трагедию. Во многом это вопрос подготовки.

Распространение волн цунами

Рекомендуем по этой теме:

Как проводят границы между океанами?

Опасным также является западное побережье Южной Америки. Одно из самых сильных подводных землетрясений случилось в 1960 году в Чили, и в целом в этом регионе они происходят довольно часто. Землетрясение 1960 года носило трансокеанский характер. Сейчас появился такой не вполне научный, сленговый термин «мегацунами» — под ним мы подразумеваем такое цунами, которое может наносить ущерб за тысячи километров от источника, и именно таким было событие 1960 года. Из-за чилийского цунами люди погибли и на Гавайях (61 человек), и в Японии (142 человека). И землетрясение у Центральных Курил в 2006 году тоже было мегацунами и нанесло ущерб по более отдаленным регионам. Сейчас население Курильских островов готово эвакуироваться за десять минут. В некоторых случаях волна приходит буквально через полторы минуты после землетрясения, и за это время надо убежать.

Есть такое направление — цунами-районирование: изучив местность и сделав прогноз, мы ставим строителям задачу не возводить здания ниже определенного уровня, чтобы людям не нужно было чуть что бежать в сопки. Запрещено строить здания вроде детских садов, больниц и так далее. Некоторые строения по сути своей обязаны быть прибрежными, но тогда их работники должны всегда быть готовы к эвакуации. Судам, если у них есть запас времени, спастись достаточно легко — достаточно уйти в море на глубину больше 30–40 метров. Опасность цунами представляет на глубине меньше 20 метров. В открытом океане волна идет со скоростью 800 км/ч, на глубине 50 метров скорость 80 км/ч, а на подходе к берегу скорость волны около 10 м/с.

Формирование волн цунами // wikipedia.org

Опасность цунами зависит также от его вида. Это может быть "потопление" — как прилив, только очень быстрый. Человека может смыть, течение довольно быстрое. Но это не самое страшное.

Второй вид — это стена воды, мы ее называем бор. Бор несется со скоростью порядка 10 м/с и сносит все на своем пути. Выжить практически невозможно. На многих снимках индийского цунами виден бор. Он возникает там, где в прибрежной области пологое дно, то есть на мелководье, обычно довольно протяженном. Волна, выходя на такое мелководье, обрушается и вырождается в опасную стену.

Изучение цунами

Изучением цунами всерьез занялись в первую очередь сейсмологи, так как эти волны были связаны с землетрясениями. Их сначала так и называли — морские сейсмические волны. Первыми в России этим серьезно занялся академик Сергей Леонидович Соловьев, который вместе с академиком Юрием Антониевичем Израэлем стоит у истоков создания системы предупреждений о волнах цунами на Дальнем Востоке. Это специальная система, которая защищает население и сигнализирует об опасности. В целом цунами довольно интенсивно исследуется во всем мире, больше всего в Японии, США и России.

Служба цунами очень сильно продвинулась за последние годы. Теперь мы можем определять «цунамигенность» землетрясения. К сожалению, не всегда в оперативном режиме: иногда на сбор данных требуется несколько дней. Сейчас стоит задача решить проблему расчета деформации дна в оперативном режиме, то есть меньше чем за 10 минут. В районе Фукусимы волна подошла, например, примерно через 10 минут. Надо дать людям возможность убежать в более высокие места.

Само по себе изучение цунами достаточно комплексная задача: мы узнаем много про взаимодействие литосферы и гидросферы. Казалось, все уже изучено, но постоянно появляются новые открытия.

Значительные усилия направлены на поиск предвестников цунами, признаков, по которым можно определить, что оно все-таки случится. Некоторые признаки удалось обнаружить в атмосфере: известны случаи, когда в ионосфере возникала волна, которая приходила чуть раньше, чем само цунами.

Источник: postnauka.ru