Цунами — это серия океанских волн с очень большой длиной волны (обычно сотни километров), вызванных крупномасштабными возмущениями океана, такими как:
- землетрясения;
- оползни;
- извержения вулканов;
- взрывы;
- падения метеоритов.
Эти возмущения могут быть либо снизу (например, подводные землетрясения с большими вертикальными смещениями, подводные оползни), либо сверху (например, удары метеоритов).
Цунами – это японское слово, которое переводится как "волна в гавани". В прошлом цунами называли "приливными волнами" или "сейсмическими морскими волнами". Термин "приливная волна" вводит в заблуждение; хотя воздействие цунами на береговую линию зависит от уровня прилива в момент удара, цунами не связаны с приливами. Приливы и отливы возникают в результате гравитационного воздействия Луны, солнца и планет.
Термин "сейсмическая морская волна" также вводит в заблуждение. "Сейсмический" подразумевает механизм генерации, связанный с землетрясением, но цунами также может быть вызвано несейсмическим событием, таким как оползень или падение метеорита.
Цунами также часто путают со штормовыми «нагонами», хотя это совершенно разные явления. Штормовой нагон — это быстрое повышение уровня прибрежного моря, вызванное значительным метеорологическим событием, которое часто ассоциируется с тропическими циклонами.
Физика цунами
Цунами могут иметь длину волны от 10 до 500 км и периоды волн до часа. В результате их длинных волн цунами действуют как волны на мелководье. Волна становится мелководной волной, когда длина волны очень велика по сравнению с глубиной воды. Волны на мелководье движутся со скоростью, которая зависит от глубины воды и определяется формулой.
В глубоком океане типичная глубина воды составляет около 4000 м, поэтому цунами будет распространяться со скоростью около 200 м/с или более 700 км/ч.
Для цунами, вызванных подводными землетрясениями, амплитуда определяется величиной смещения морского дна. Аналогичным образом, длина волны и период цунами определяются размером и формой подводного возмущения.
Помимо движения с высокой скоростью, цунами могут также перемещаться на большие расстояния с ограниченными потерями энергии. По мере распространения цунами по океану гребни волн могут преломляться (изгибаться), что вызвано тем, что сегменты волны движутся с разной скоростью по мере изменения глубины воды вдоль гребня волны.
Что происходит с цунами, когда оно приближается к суше?
Когда цунами покидает глубокие воды открытого океана и перемещается в более мелководные воды вблизи побережья, оно трансформируется. Поток энергии цунами, который зависит как от скорости волны, так и от высоты волны, остается почти постоянным. Следовательно, по мере уменьшения скорости цунами его высота растет. Это называется мелководьем. Из-за этого эффекта обмеления цунами, которое незаметно в море, может вырасти до нескольких метров и более в высоту вблизи побережья.
Как и другие волны, цунами начинают терять энергию, когда они устремляются к берегу — часть энергии волны отражается от берега, в то время как энергия волны, распространяющейся к берегу, рассеивается за счет трения о дно и турбулентности. Несмотря на эти потери, цунами все еще достигают побережья с огромным количеством энергии. В зависимости от того, является ли первая часть цунами, достигающая берега, гребнем или впадиной, она может выглядеть как быстро нарастающий или спадающий прилив. Локальная батиметрия может также привести к тому, что цунами будет выглядеть как серия разбивающихся волн.
Как измеряются цунами?
В глубоком океане цунами имеет небольшую амплитуду (менее 1 метра), но очень большую длину волны (сотни километров). Это означает, что наклон или крутизна волны очень мала, поэтому она практически незаметна для человеческого глаза. Однако существуют приборы для наблюдения за океаном, которые способны обнаруживать цунами.
Датчики приливов и отливов
Датчики прилива измеряют высоту поверхности моря и в основном используются для измерения уровня прилива. Большинство датчиков приливов, которыми управляет Национальный приливный центр Бюро метеорологии, являются станциями SEAFRAME.
Они состоят из акустического датчика, соединенного с вертикальной трубкой, открытой на нижнем конце, которая находится в воде. Акустический датчик излучает звуковой импульс, который проходит от верхней части трубки вниз к поверхности воды, а затем отражается обратно вверх по трубе. Затем расстояние до уровня воды можно рассчитать, используя время прохождения импульса. Эта система отфильтровывает маломасштабные эффекты, такие как ветровые волны, и способна измерять изменения уровня моря с точностью до 1 мм.
СпутникиСпутниковые высотомеры измеряют высоту поверхности океана непосредственно с помощью электромагнитных импульсов. Они отправляются на поверхность океана со спутника, и высоту поверхности океана можно определить, зная скорость импульса, местоположение спутника и измеряя время, необходимое импульсу для возвращения на спутник. Одна из проблем, связанных с такого рода спутниковыми данными, заключается в том, что они могут быть очень разреженными — некоторые спутники проходят над определенным местоположением только раз в месяц, так что вам не повезет обнаружить цунами, так как они распространяются так быстро. Однако во время цунами в Индийском океане 26 декабря 2004 года спутниковый высотомер Jason оказался в нужном месте в нужное время.
