Цунами: механизм, причины возникновения, средства защиты

Цунами (яп. — волна в гавани) — это морские (океанические) волны, возникающие вследствие землетрясений (моретрясений) в океанической или морской части земной коры. Причиной цунами могут быть не только землетрясения, но и подводные извержения вулканов, подводные оползни или взрывы.

Физическая сущность этого грозного природного явления такова.

В результате землетрясения или подводного извержения вулкана в океане приходит в возмущение громадный объем воды на громадной площади, исчисляемой сотнями квадратных километров. Высота волны возмущения бывает от 1—3 до 14—20 м. Длина волны —очень большая, в пределах 100 км, скорость движения — более 700 км/ч (200 м/с), период колебаний — 10—20 мин. В открытом океане такая волна практически не заметна и не представляет опасности для кораблей.

Достигая прибрежной отмели, волна деформируется: за счет торможения о дно происходит уменьшение длины и увеличение высоты волны многократно. В самой мелководной части отмели происходит ее опрокидывание и резкий подъем высоты и крутизны. По описанию Камчатки С.П. Крашенинниковым в 1737 г. там берег захлестнула волна высотой 60 м.

Фактически вся энергия цунами гасится только при встрече с преградой в виде береговой линии с прибрежными зданиями и сооружениями.

Как и при других волновых процессах в жидких средах, от очага возмущения вслед за первой, самой большой волной идут последующие волны с ослабленной, убывающей энергией. Соответственно при цунами на береговую линию обрушивается первая, самая мощная волна, за которой следует серия волн с убывающей энергией, которые довершают разрушительный эффект первой волны. Никакие сооружения не могут противостоять цунами.

С берега гребень волны не наблюдается. Его замечают лишь при приближении волны к берегу. При этом скорость ее движения уменьшается примерно до 60 км/ч, а время для спасения в такой ситуации исчисляется минутами. Схематически механизм цунами можно представить следующим образом (рис. 5.3).

За единицу оценки энергии цунами принята магнитуда, представляющая собой логарифм амплитуды волны, измеренный мареографом (м). Если в механизме землетрясения магнитуда — это логарифм всей энергии в его очаге, то в механизме цунами — лишь часть энер-

Схема движения волны цунами

Рис. 5.3. Схема движения волны цунами:

Ли L — волна небольшой высоты и большой длины; / и Н — волна небольшой длины и большой высоты; Г — гипоцентр; М — магнитуда

Таблица 5.3. Шкала магнитуд цунами

Магнитуда

Высота главной волны И, м

землетрясения, М

цунами, т

7,5

1

ДоЗ

8

2

4-6

8,25

3

8-12

8,5

4

14-20

гии землетрясения, которая затрачивается на образование волны цунами. Соотношение этих величин таково (табл. 5.3).

Коренное отличие внешне сходных океанических волн от цунами состоит в следующем — при волнениях погодной природы вся энергия волны сосредоточена лишь в поверхностном слое воды, соизмеримой по глубине с длиной волны (это учитывают при выборе способов защиты берега). При цунами энергию землетрясения через океаническое дно воспринимает вся толща воды — до нескольких километров. Эта энергия реализуется лишь при встрече волны с преградой в виде береговой линии и сооружений.

В России наиболее часто цунами возникают на Тихоокеанском побережье: Камчатка, Курильские острова, реже — в Охотском, Японском и Беринговом морях. Самым катастрофическим было Северо-Курильское цунами 1952 г. Небольшие цунами с высотой подъема воды до 2 м встречаются часто. Это — неразрушительные цунами. На Тихоокеанском побережье России с 1952 г. зарегистрировано около 60 цунами, из которых 15 — потенциально разрушительных с высотой волны более 2 м.

26 декабря 2004 г. произошло самое сильное за последние десятилетия Бенгальское цунами. Причиной его было землетрясение силой 8,9 балла вблизи о. Суматра в Индийском океане. Эпицентр находился вблизи Андаманских островов. Высота волны в различных точках была от 10 до 36 м; погибло и пропало без вести более 200 тыс. чел. Пострадали Индонезия, Шри-Ланка, Таиланд, Индия, Бангладеш, Малайзия и Бирма.

Специалисты Центра наблюдения за землетрясениями, Службы геологии, геодезии и картографии США считают, что здесь произошел сдвиг земной коры вдоль линии Андаманского разлома на отрезке длиной более тысячи километров. Такое на планете происходит не часто. Это — пятое по мощности землетрясение, зафиксированное на Земле и самое сильное после землетрясения на Аляске в 1964 г.

Мощными землетрясениями, извержениями вулканов, цунами и другими геодинамическими процессами сопровождалась вся геологическая история планеты Земля, что зафиксировано в ее геологическом строении и установлено геологическими науками.

В современной истории человечества одна из самых мощных катастроф, связанных с эндогенными процессами, произошла 26 августа 1883 г. в районе Зондского архипелага. На о. Кракатау вулканического происхождения размером всего 9 х 5 км ожил и начал извергаться вулкан, молчавший более 200 лет. Грохот от него был слышен в городах на удалении свыше 4 тыс. км. Столбы пепла достигали 27—33 км. Громадные массы пепла, пемзы и шлаков выпали на поверхность суши и моря и направились в Зондский пролив к о. Ява и Суматра. Огромные горообразные волны высотой до 30 м одна за другой возникали и распространялись в океане и стирали с лица земли все, что было на островных территориях. Редко кому из населения удалось спастись. Изменился рельеф, исчезла часть островных территорий. На месте

о. Кракатау разлилось море, из которого возвышался над поверхностью лишь старый конус вулкана, он треснул пополам, а одна часть его упала в море. Исчезло под водой 20 км2 суши. От выбросов пара, пепла, газов и тонкодисперсной пыли наступила полная темнота. Поднятые в стратосферу частицы создали шлейф вдоль параллели в направлении вращения Земли, который сохранялся несколько лет. В его зоне был нарушен радиационный и тепловой баланс, снизились урожаи сельхозкультур. Осевший пепел покрыл площадь примерно 750 тыс. км2, его толща местами достигала 20—40 м.

Волны и цунами, вызванные взрывом Кракатау, превратили в руины около 300 прибрежных городов. Они обошли всю планету, сомкнувшись в противоположной ее точке с возвратом в исходную точку с ослабленной энергией. Такое происходит и в земной коре при сверхмощных землетрясениях.

Согласно природе цунами его волна возникает в открытом океане в эпицентральной части землетрясения, и лишь спустя некоторое время эта волна достигает преграды в виде побережья. Соответственно прибрежные объекты и население в такой ситуации испытывают поочередно сначала воздействие землетрясения, а затем — цунами. Сейсмические толчки в такой ситуации являются сигналом предупреждения о возможности возникновения цунами и служат началом отсчета времени для принятия решений в возникшей чрезвычайной ситуации.

Покажем это на примере. По описанию очевидцев в ночь с 4 на 5 ноября 1952 г. на о. Парамушир (соответственно и на других Курильских островах и Камчатке) произошло землетрясение с эпицентром в океане. После прекращения толчков, продолжавшихся несколько минут, жители Северо-Курильска стали возвращаться в свои дома. Лишь те, кто ранее был знаком с цунами, бросились к горам, несмотря на тишину и спокойное море. Через 45 мин после землетрясения со стороны океана послышался громкий гул, на горизонте показалась белая полоса (пена волны) и через несколько секунд на Северо-Курильск обрушилась огромная волна, двигавшаяся с большой скоростью. Наибольшую высоту она имела в центральной части города в долине речки.

Через несколько минут волна отхлынула в море, унося с собой все разрушенное. Дно пролива обнажилось на расстоянии нескольких сот метров. Наступило затишье.

Спустя 15—20 мин на город обрушилась вторая, более высокая (примерно 10-метровая) волна, нанося новые, более сильные разрушения. Позади ее оставались лишь бетонные сооружения и фундаменты домов.

Пройдя через город, волна достигла склонов гор, а затем начала откатываться обратно в котловину, расположенную в пределах города. Здесь образовался огромный водоворот, в котором с большой скоростью вращались обломки строений и мелкие суда. Откатываясь назад, волна ударила с тыла в береговой вал перед портовой территорией, на котором сохранилось несколько домов, и в обход горы прорвалась в Курильский пролив. На перемычке между островом и горой волна нагромоздила груду бревен, других остатков разрушений и даже принесла из города два деревянных дома.

Через несколько минут после второй волны пришла третья, более слабая, которая принесла на берег большое количество обломков.

Волна цунами поразила все острова Курильской гряды и часть побережья Камчатки.

В 2011 г. в Японии произошла крайне редко встречающаяся цепь чрезвычайных ситуаций с катастрофическими последствиями. Две природные катастрофы — землетрясение и цунами привели к техногенной катастрофе на АЭС.

11 марта 2011 г. на северо-востоке Японии в акватории Тихого океана, в 150 км от берега о. Хоккайдо, произошло самое сильное за всю историю страны землетрясение интенсивностью 8,9 балла с возникновением волны цунами высотой от 10 до 30 м, местами 40 м, которая обрушилась на побережье острова. Глубина гипоцентра находилась на глубине 24 км.

В последующие дни у о. Хонсю и Хоккайдо, а также на суше в 67 км от Токио последовала серия новых толчков интенсивностью 6— 7 баллов и с возникновением новых волн цунами. В результате этой катастрофы погибли 16,5 тыс. чел. и пропали без вести 3203 чел. Волной цунами разрушены и частично унесены в море строения, транспортные средства. Выброшены на сушу суда. Но главная трагедия — разрушение и выход из строя шести энергоблоков АЭС «Фукусима-1» с радиоактивным заражением местности и угрозой взрывов ядерных реакторов и развития событий по сценарию, сходному с Чернобыльской аварией 1986 г.

24 марта была зафиксирована серия сейсмических толчков силой 7 баллов в Юго-Восточной Азии, Таиланде, Лаосе. А 7 апреля 2011 г. повторилось сильное землетрясение в Японии.

Указанные очаги землетрясений расположены в западной части наиболее активного Тихоокеанского сейсмического пояса Земли, который в настоящее время находится в сейсмоактивной фазе.

Защита побережий от цунами — задача исключительно трудная, а зачастую и неразрешимая. Поэтому главное — хотя бы уменьшить разрушительный эффект волны цунами. На пути движения гигантских волн создают защитные насыпи, железобетонные молы и волноотбойные стенки, высаживают лесополосы (рис. 5.4).

Создание искусственных отмелей ведет к торможению и опрокидыванию волны в мелководной прибрежной части океана с частич-

Сооружения для защиты от цунами

Рис. 5.4. Сооружения для защиты от цунами:

А — лесополоса; Б — прибрежная отмель; В — волнобойная дамба ным гашением ее энергии и уменьшением зоны затопления. В Японии широкое применение получила высадка вдоль береговой линии лесных полос. Они частично гасят энергию волн, а откатываясь, задерживают предметы, увлекаемые водой. В некоторых, редких случаях для защиты отдельных объектов здания сооружают на прочных железобетонных рамных конструкциях высотой примерно в два этажа. Такие конструкции пропускают как волну наката, так и отката. Поиск способов зашиты от цунами продолжается.

На океанической поверхности иногда возникают волны неизвестной природы. Их называют волны-убийцы. Они возникают внезапно в безветренную погоду и характеризуются большой крутизной и высотой. Высота такой волны обычно в два раза выше обычной. Эти волны регулярно фиксируются со спутников. При боковом ударе о судно оно опрокидывается, а при фронтальном — переламывается с эффектом встречи с твердой преградой. За 1969—1994 гг. имели место 22 случая встречи судов с такими волнами. В 1974 г. зафиксирована волна около 30 м в Антарктиде; в 1984 г. у берегов Южной Африки такую волну встретил танкер «Таганрог», а 17 сентября 1994 г. другое российское судно.

Контрольные вопросы

  • 1. Назовите сейсмические зоны мира и России.
  • 2. Охарактеризуйте сейсмичность Кавказа и Большого Сочи.
  • 3. Механизм землетрясения. Взаимосвязь магнитуды и интенсивности землетрясений.
  • 4. Шкала сейсмичности территории. Сейсмическое районирование территории России. ОСР-97.
  • 5. Строительство в сейсмических районах. Способы повышения сейсмостойкости зданий.
  • 6. Нарушение функций систем жизнеобеспечения при землетрясениях. Способы повышения сейсмостойкости систем жизнеобеспечения и зданий.
  • 7. Возможно ли прогнозирование землетрясения? Предвестники землетрясений.
  • 8. Индивидуальные действия при землетрясениях.
  • 9. Цунами: механизм, причины возникновения, способы защиты.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >