Цунамі

Міністерство освіти і науки України

Контрольна робота

на тему: «Цунамі»

Суми-2009

1. Теоретико-методологічні засади дослідження цунамі

1.1 Поняття про цунамі

Цунамі - японське слово, що означає хвилю в гавані. Тепер воно застосовується для позначення гравітаційних хвиль на поверхні води, що викликані головним чином землетрусами або явищами, пов'язаними з ними (наприклад, опливини), а також вибухами вулканічних островів або ядерних пристроїв. Попередньо ці хвилі називалися припливними (tidal waves), але це неправильно, тому що цунамі з припливами і відпливами не пов'язані. Інший добре поширений термін «морські сейсмічні хвилі» не включає хвилі від природних або тучних вибухів. Тут можна користуватися визначенням Ван Дорна: «Цунамі - це японська назва системи гравітаційних хвиль, що виникають в морі внаслідок крупномасштабних нетривалих коливань вільної поверхні». Цим визначенням виключаються штормові нагони (вітрові припливи) і пов'язані з ними сейші.

Зараз це загальноприйнятий міжнародний науковий термін, походить він від японського слова, яке означає «велика хвиля, що заливає бухту». Точне визначення цунамі звучить так - це довгі хвилі катастрофічного характеру, що виникають головним чином в результаті тектонічних рухів на дні океану.

1.2 Історія дослідження цунамі

Про цунамі багато пишуть і багато говорять, але сухопутним жителям уявити їх реально досить важко. Хвилі цунамі такі довгі, що як хвилі не сприймаються: довжина їх складає від 150 до 300км. У відкритому морі цунамі не дуже помітні: висота їх (тобто вертикальна відстань від гребеня до западини) складає декілька десятків сантиметрів або максимально декілька метрів. Добігши до мілководного шельфу, хвиля стає вищою, здіймається і перетворюється на рухливу стіну. Ввійшовши в мілководні затоки або у воронкоподібні гирла річок, хвиля стає ще вище. При цьому вона уповільнює хід і, подібно до гігантського валу, накочується на сушу. Швидкість цунамі тим вище, чим більше глибина океану. При середній глибині Тихого океану близько 4000м теоретично обчислена швидкість цунамі складає 716 км/год. Це виглядає неправдоподібно, проте максимальна заміряна швидкість хвилі цунамі була ще вища - близько 1000 км/год. Насправді швидкість більшості хвиль цунамі дещо нижче за теоретичну величину і коливається між 400 і 500 км/год, проте і цього достатньо.

Деякі землетруси супроводжуються руйнівними хвилями, які інколи знищують цілі узбережжя, приносять більше лихо, ніж самі землетруси. Ці нищівні хвилі нині називають загальновживаним терміном «цунамі», який з японської означає «велика хвиля, що заливає бухту». Про цунамі та їх руйнівну силу багато говорять та пишуть, проте населенню, що живе далеко від води, ці крутолобі, увінчані пінними гребенями хвилі, уявити дуже важко. Хвилі цунамі настільки довгі, що як хвилі вони часом і не сприймаються: довжина їх становить від 150 до 300 кілометрів. У відкритому океані цунамі не дуже помітні, тому що їх висота (вертикальна відстань від гребеня до впадини) складає всього декілька десятків метрів. Але добігши до мілководного шельфу, хвиля здиблюється і стає схожа на стіну, що рухається. Заходячи в мілководні затоки, вона стає ще вищою, притишує хід і подібно гігантському валу, накочується на сушу.

Про цунамі говориться в біблійній книзі «Вихід»: «І пішли сини Ізраїлеві посеред моря по суші; і води ж їм були стіною з правого і лівого боку». Сучасні дослідники Біблії вважають, що ізраїльтяни перетинали «посуху» не Червоне море, а «Море тростини» - прісноводну лагуну на схід від дельти Нілу.

С.П. Крашенников - дослідник Камчатки - одним з перших описав цунамі. У жовтні 1775 року він спостерігав землетрус на острові Шумшу та записав у своєму щоденнику: На першому Курильському острові, Сумчшу, трясіння землі було таке. Жовтня 6 дня, о третій годині ночі спочатку земля так страшно тряслася, що від цього багато бараків попадало, і людям стояти неможливо було, і продовжувалося це чверть години... А коли припинолося трясіння, то води навкруги з моря з великим шумом сажнів на три прибуло, яка знову миттєво в море далеко зайшла. Після того, як вода збігла вдруге, земля тряслася, тільки легенько, а потім вода з моря до того ж місця знову прийшла, де була в перший раз».

Залишив опис цунамі й Чарльз Дарвін, коли під час своєї подорожі на кораблі «Бігль» 20 лютого 1835 року відчував катастрофічний землетрус в Чилі. «Після поштовху на відстані трьох-чотирьох миль було помічено величезну хвилю. Вона наближалася і в середині затоки була гладенькою, але вздовж берега зносила будинки та дерева, рвалася вперед з невтримною силою. В глибині бухти вона розбилася на череду страшних білих бурунів, які злетіли вгору на 23 фути... Сила буруна була, мабуть, страшною, бо у форті гармату з лафетом вагою чотири тонни він змістив на п'ятнадцять футів. Серед розвалин за двісті ярдів від берега застрягла шхуна. За першою хвилею йшли ще дві. Багато розбитих суден та човнів змили вони на зворотному шляху. У одному кінці затоки корабель викинуло далеко на берег, потім змило в море, знову хвиля викинула на берег та знову забрала назад.

Вивчення цунамі почалось не так давно, хоча біда ця стара як світ. Радянські вчені А.Є. Святловський та Б.І. Силкин відзначали, що «під час розкопок поблизу сучасного арабського поселення Рас-Шамра в Сирії була знайдена ціла бібліотека глиняних табличок, які датуються другим тисячоліттям до нашої ери. Археологам вдалося, розшифрувавши клинопис, прочитати на них про хвилю небаченої висоти, що раптом впала на квітучу столицю древньої держави Угаріт, майже повністю знищивши її. В елліністичній хроніці за 358 рік нашої ери можна знайти запис, з якого дізнаємося, що в серпні цього року величезна хвиля накотилася на східну частину Середземного моря, накрила «з головою» невисокі острівки, а в Олександрії закинула судна на дахи будинків». У жовтні 1746 року декілька водяних валів, висотою 20-25 метрів, змили з лиця землі морський порт Кальяно та місто Ліму на тихоокеанському узбережжі Південної Америки. Вчений Мануель Одриосола так писав про цю катастрофу: «Після землетрусу, що зруйнував всі будівлі в порту, океан відступив, але ніхто не може сказати, на яку відстань. За якийсь час води океану зі страшним шумом стали повертатися, виникла гігантська хвиля, яка обрушилася на набережну і все змила».

Біля причалу в порту стояло 23 кораблі; більша частина з них була розбита і потонула. Чотири найбільші кораблі, зокрема й 34-гарматний фрегат "Сан-Фермін", хвиля підняла і занесла всередину країни, де вони й застряли після того, як хвиля спала. Океан знову відступив і знову обрушився на узбережжя. І так повторювалося декілька разів». Другою причиною цунамі можуть бути зсуви морського дна. Подібна катастрофа трапилася й на південному сході Аляски. Тут розташована бухта Літуя, яка входить до складу національного парку Глейшер-Бей на Алясці. З відкритим простором затоки Аляска бухту з'єднує довгий вузький перешийок, а дальній берег бухти проходить вздовж сейсмологічного розлому Феруетер. Геолог Д. Міллер звернув увагу на різницю у віці дерев на узгір'ях, що навколо затоки. Він визначив, що за останні сто років у затоці чотири рази виникали хвилі величезної висоти. До висновків ученого спочатку поставились з недовірою, але нова катастрофа підтвердила правильність його припущення.

Дев'ятого липня 1958 року сильний землетрус на розломі Феруетер викликав зсув гори над бухтою Літуя. Величезна маса криги, каміння та землі (об'ємом близько 300 мільйонів кубічних метрів) з льодовика ринула вниз, оголюючи гірські схили. Землетрус зруйнував численні будівлі, земля потріскалася, сповзло узбережжя. Маса, що рухалася, завалила північну частину бухти, а потім ще заповзла на протилежний схил гори, зідравши з нього лісовий покрив на висоті понад триста метрів. Оповзень народив гігантську хвилю, яка винесла воду з бухти Літуя в океан. Хвиля була настільки велика, що перехльоснула через мілину в гирлі бухти.

Бухта Літуя - найулюбленіше місце риболовлі, і три риболовецькі судна були там, коли наблизилася хвиля. Очевидцями цієї страшної сили стали люди з кораблів, що стояли на якорі у затоці. Від жахливого поштовху їх всіх викинуло з ліжок, і на очах у переляканих рибалок величезна хвиля піднялася і заковтнула підніжжя південної гори.

Після цього хвиля прокотилася затокою, здираючи дерева зі схилів гір. Там, де раніше був густий ліс, залишилися голі скелі, на висоті до шестисот метрів.

Один баркас перенесло через мілину й кинуло в океан. У ту мить, коли баркас переносило через мілину, рибалки, які знаходилися на ньому, бачили під собою дерева. Хвиля перекинула людей через острів у відкрите море. Баркас потонув, однак рибалки дивом вціліли і за дві години їх врятували. Із двох інших баркасів один благополучно витримав удар стихії, але другий з людьми потонув.

Найчастіше страждає від цунамі Японія, особливо її гавані вздовж північно-східного узбережжя острова Хонсю (ще його називають узбережжям Санріку).

Тому Японія, одна з перших країн у світі, організувала «Службу цунамі». Завдяки цій програмі вдалося зберегти великі матеріальні цінності та запобігти загибелі багатьох людей. Але не завжди...

У травні 1983 року в результаті сильного підводного землетрусу в Японському морі виникло цунамі, жертвами якого стали 105 людей. Зокрема група школярів, яка зібралася на пікнік неподалік від міста Акіта. В минулі століття морська стихія поводила себе набагато войовничіше.

Під новий 1703 рік загинуло близько 100 000 жителів Японських островів. Чотири рази гігантські водяні вали атакували узбережжя, проникаючи далеко на сушу, несучи смерть та руйнування. Особливо постраждали тоді мешканці районів Сагами, Ошима, Мусаси та Кацуза.

День першого вересня 1923 року для Японії став найтрагічнішим в її історії. Того разу на дні затоки Сагама стався землетрус. Дві величезні хвилі кинулися на узбережжя. Внаслідок цієї катастрофи загинуло 143 тисячі осіб та затонуло вісім тисяч суден. Особливо постраждало місто Іто.

1.3 Причини виникнення цунамі

Цунамі виникають найчастіше в результаті підводних землетрусів. Вертикальний зсув ділянки морського дна передається водяному стовпу, і на поверхні океану утворюються хвилі. Умовою цього є те, щоб такого роду переміщення відбулося в обмеженій області. Чим сильніше землетрус, тим більше ймовірність виникнення цунамі.

Відомо, що землетруси з магнітудою (М_s) більш ніж 7,3 викликають цунамі майже завжди. Поштовхи з М_s=7,0 - 7,2 супроводжуються цунамі тільки в 67% випадків. Далі ймовірність виникнення цунамі падає ще швидше: при М_s=6,7-6,9 цунамі виникає лише в 17% випадків, а при М_s=5,8-6,2 - лише в 1,4% випадків.

Іншим джерелом цунамі можуть служити вулканічні виверження. Крупні підводні виверження володіють таким же ефектом, що і землетруси. На поверхні океану виникає хвилювання, і хвилі розповсюджуються від центру в усіх напрямках. При сильних вулканічних вибухах утворюються кальдери, які вмить заповнюються водою, внаслідок чого може виникнути висока і довга хвиля.

Третьою причиною виникнення цунамі є зсуви. І на морському дні може відбутися зсув в рихлих осадових відкладеннях і викликати хвилювання водної маси. Цунамі такого типу виникають досить рідко, та і масштаб їх дії обмежений. Проте існують і виключення: одна з виниклих саме таким чином хвиль була, мабуть, найвищої з відомих. При землетрусі 1899 року на Алясці в затоку Літуя сповзла маса землі об'ємом 30 млн. м³. Зсув підняв воду в затоці, і утворилася хвиля заввишки 600м, яка на протилежному березі затоки знищила все до 600-метрового рівня. Ще і сьогодні на цій висоті видно сліди її катастрофічної дії.

Подібно тому якою є шкала інтенсивності землетрусів, існує і шкала інтенсивності цунамі. Японці, які з цунамі знайомі краще за всіх, розробили свою шкалу (вона шестибальна і її можна порівняти з інтенсивністю землетрусів). Шкала для цунамі, складена англійським сейсмологом Н.Н. Амбрейсизом.

I - цунамі дуже слабке, хвиля відмічається лише мареографами (приладами, що вимірюють висоту рівня моря).

II - слабке цунамі, може затопити плоске побережжя. Його помічають лише ті, хто знає море.

III - цунамі середньої сили, відмічається всіма. Плоске побережжя затоплене, легкі судна можуть виявитися викинутими на берег. У воронкоподібних гирлах річок течія може тимчасово мінятися на зворотне. Портові споруди піддаються невеликому збитку.

IV - сильне цунамі, побережжя затоплене, прибережні споруди і будинки пошкоджені. Крупні парусні судна і невеликі моторні викинуті на сушу, а потім знову змиті в морі. Береги засмічені уламками і сміттям.

V - дуже сильне цунамі, приморські території затоплені. Хвилерізи і моли сильно пошкоджені. І крупніші судна викинуті на берег. Збиток великий і у внутрішніх частинах побережжя. Все довкола усіяно уламками. У гирлах річок високі штормові нагони. Сильний шум хвиль. Людські жертви.

VI - катастрофічне цунамі, повне спустошення побережжя і приморських територій. Суша затоплена на значний простір в глиб від берега моря. Найкрупніші судна пошкоджені. Багато жертв. Хвиля цунамі може мати близьке і віддалене джерело. Цунамі від близького джерела пробігають відстань в декілька десятків, максимально сотень кілометрів. Видалені джерела можуть знаходитися і на іншій стороні океану, на відстані до 10 тис. км.

Понад 99% хвиль цунамі викликаються підводними землетрусами. Вивчивши сейсмічність морського дна і визначивши місця найбільші ймовірні вертикальні переміщення, можна з значною точністю виявити ділянки, які можуть виявитися джерелом цунамі. Очевидно, що найбільш крупні підводні землетруси зароджуються в глибоководних океанічних жолобах. Японський, Алеутський, Курило-Камчатський і Перуансько-чилійський глибоководні жолоби (останній - на протилежному боці Тихого океану) найчастіше стають джерелами виникнення хвиль цунамі. Очевидно, що протилежні і близько розміщені материкові побережжя наражається на небезпеку цунамі в найбільш високому степені. У Японії цунамі із висотою хвилі не менше 7,5м трапляються не рідше за 1 раз в 15 років. За останні 1300 років береги Японії 4 рази спустошувалися хвилями висотою вище 30м. Землетруси на дні Алеутського жолоба викликали набіги згубних хвиль на береги Аляски. Ці хвилі пробігають по всьому Тихому океану і обрушуються на береги океанічних островів (Гаваї) і Південної Америки. Землетруси в Курило-Камчатському жолобі кілька разів приводили до затоплення Курильських островів і Камчатки. Побережжя Чилі схильне до дії цунамі, що зароджуються в Перуансько-Чилійскому жолобі, а так само і тих, що приходять з другого боку Тихого океану.

Найбільш виразним прикладом являються цунамі, що виникли у зв'язку з виверженням вулкана Кракатау в Індонезії в 1883 році. Хвиля заввишки 36-40м за декілька хвилин досягла берегів островів Яви і Суматри, підхопила голландський військовий катер і викинула його на відстані 3,5км від берега. Хвиля прокотилася по всіх океанах, її зафіксували навіть в Панамі, на відстані 18 350км. Було багато жертв - близько 36 000. За деякими джерелами, ще сильніше цунамі відмічалось біля 1500 року до н.е. при виверженні вулкана на острові Тиру (Санторін) в Егейському морі. Професор Галанопулос з своїм колегою археологом професором С. Марінатом висунув гіпотезу про вплив виверження вулкану Тиру і виникнення при цьому цунамі на загибель мінойськой цивілізації на острові Кріт. Потім ця гіпотеза була поширена і на причини загибелі інших середземноморських цивілізацій. Порівнюючи кальдери Кракатау і Тири, дійшли висновку, що тірська хвиля могла бути в 3 рази вищої і досягати 100м. За півгодини вона могла досягти берегів Кріта, Греції і за годину докотитися до Єгипту. Мабуть це була найкрупніша катастрофа історичного часу. Відомо, що з цією катастрофою пов'язують загибель Атлантиди Платона. На жаль або на щастя, нові дослідження цю сміливу теорію зовсім не підтверджують. Головним контрдоказом є той факт, що виверження вулкана, напевно, не було одиничним, а мало декілька фаз, тобто зародилася не одна гігантська хвиля цунамі, а швидше за все їх були декілька, менших за розмірами.

Ще однією можливою причиною цунамі - падіння в океан космічних об'єктів. Цей сценарій поки що обмежується виключно комп'ютерними моделями, так як яких-небудь джерел свідченням подібних подій, на щастя, не зафіксовано. На думку вчених, такі космічні візити бувають не частіше одного разу в 100тис. років, причому за останні 200 тис. років це не відбулося жодного разу. Тим паче, в короткочасному геологічному майбутньому ймовірність космічного удару не така вже й мала - за деякими оцінками, близько 1%. Згідно до розрахунків, падіння в океан порівняно невеликого астероїда діаметром 300-600м спричинить цунамі, в багато разів перевищуючі всі, що були зареєстровані до цього часу

1.4 Способи попередження катастрофи

Сучасні системи спостереження з космосу дозволяють завчасно виявити велетенську хвилю у відкритому океані. Ці дослідження підтримує РФФІ, повідомляє агентство «ІнформНаука». Спеціалісти Інституту океанології ім. П.Ширшова РАН під керівництвом члена-кореспондента РАН С.Лаппо розв'язують проблему відвернення наслідків морських катастроф, у тому числі цунамі. Теоретично це можливо. Сучасні системи космічного спостереження за океаном дозволяють завчасно виявити велетенську хвилю. Але, щоб вчасно скористатися цією інформацією, необхідно створити нову службу оповіщення.

Запобігти цунамі не можна. Проти страшенних обсягів морської води, які накочуються на берег, захисні споруди безсилі. Висота повені часом перевищує 10 метрів, а на мілководному шельфі та в гирлах рік хвиля набуває форми водної стіни, що з величезною швидкістю рухається до берега. Найефективніше рятуватися від цунамі втечею: судам іти у відкрите море, а мешканцям суші подалі від берега. Головне - завчасно дізнатися про наближення хвилі. 26 грудня 2004 року від моменту землетрусу, котрий породив цунамі, до приходу хвилі минуло від 20 хвилин до кількох годин. Час цілком достатній для евакуації. Трагедію спричинила відсутність у цьому регіоні служби попередження.

Традиційні методи попередження про хвилі цунамі грунтуються передусім на сейсмічній інформації, отримуваній відразу після землетрусу. Потім фахівці вираховують, коли й куди добіжить хвиля. Але ці розрахунки неточні, бо береговим службам невідомі параметри цунамі в епіцентрі землетрусу. Приміром, під час Шикотанського цунамі 4 жовтня 1994 року Тихоокеанська служба попередження про цунамі оголосила тривогу на Гавайських островах. На евакуацію тисяч людей витратили близько 30 млн. доларів США, причому двоє людей під час евакуації загинули. Хвиля прийшла, але її висота не перевищувала півметра.

Російські океанологи одержують якісні записи цунамі у відкритому океані із допомогою датчиків придонного гідростатичного тиску. Але такі системи дуже дорогі й не можуть забезпечити спостереження за всіма ймовірними зонами виникнення й поширення хвиль цунамі. Спостереження за океанською поверхнею із супутника помітно розширює можливості океанографії. Кардинально розв'язати проблему дозволяє супутникова альтиметрія, яка реєструє великомасштабні зсуви рівня океану заввишки лише в кілька сантиметрів. Такі виміри вже нині можна робити зі штучних супутників Землі GEOSAT, TOPEX/POSEIDON, ERS-1.2, JASON-1, ENVISAT, а в перспективі й із російського геодезичного супутника «Геоїк-2». Практично безперервне дослідження висоти поверхні Світового океану триває від 1985 року. Створено оригінальні бази даних супутникової альтиметрії, вони регулярно поповнюються й доступні для наукового використання у двох центрах: у США та в Європі. У Геофізичному центрі РАН за підтримки РФФІ також створено базу даних і Систему автоматизованого опрацювання даних супутникової альтиметрії. Цунамі в Індійському океані «засікли» альтиметри кількох супутників, найякісніший запис вийшов на JASON-1. Аналіз цього запису дозволив досить точно вирахувати положення фронту хвилі.

Отже, своєчасно виявити цунамі у відкритому океані можливо. Для цього, на думку океанологів, необхідно розвивати технології безперервного спостереження за морською поверхнею (як із допомогою датчиків рівня відкритого океану, оснащених телеметричним зв'язком із центрами опрацювання, так і з використанням супутникових альтиметричних вимірів). На жаль, сучасна служба цунамі побудована переважно на регіональному принципі.

І, як показує аналіз дій національних служб 26 грудня 2004 року, їхня «зона відповідальності» обмежена лише підконтрольною ділянкою узбережжя. Багатьом країнам, що розвиваються, не по кишені сучасний рівень оперативного прогнозу, а катастрофи часто набувають жахливих масштабів і забирають життя громадян багатьох держав.

Тому російські вчені вважають за доцільне створення глобальної системи спостережень за поверхнею океану, що працювала б під міжнародним контролем.

2. Комплексна характеристика цунамі

2.1 Фізико-математична основа хвиль

Магнітуда (від лат. magnitude - величина), умовна величина, що характеризує загальну енергію пружних коливань, викликаних землетрусами або вибухами; пропорціональна логарифму енергії землетрусів; дозволяє порівнювати джерела коливань за їх енергією.

(2.1)

де з_max - максимальна висота в метрах, що виміряна на узбережжі на відстані 10-300км від місця зародження цунамі. Географічний розподіл епіцентрів цунамігених землетрусів (класифікованих за магнітудою цунамі m) показує, що більшість із них припадає на Тихий океан біля Японії (але не в Японському морі).

Соловйов відмічав некоректність використання терміну «магнітуда цунамі». Він писав: «Якщо для опису цунамі застосовується сейсмологічна термінологія, то градації шкали Імамура-Ііда є мірою інтенсивності, а не магнітуди. Це є наслідком того, що величина магнітуди повинна давати динамічну характеристику процесу в джерелі, а інтенсивність повинна характеризувати його в деякому найближчому до джерела пункті спостереження». Іншим важливим моментом, відміченим Соловйовим, є різниця між середнім з і максимальним з_max затопленням при цунамі. Ця різниця необхідна, так як, хоча енергія цунамі визначається за середньою висотою підйому, в старих описах, перш за все, вказується максимальна висота цунамі. Різниця між середньою і максимальною висотою може бути в основному обумовлена топографією.

Соловйов визначив інтенсивність цунамі і:

(2.2)

Порівняно з рівнянням (2.1) рівняння (2.2) має три відмінності.

По-перше, замість величини m вводиться параметр і; по-друге, максимальна висота з_max замінюється на середню з, по-третє, вводиться множник , що враховує середню різницю між максимальною і середньою висотою цунамі різної інтенсивності.

Рис. 2.1 - Залежність з_max від з

Список використаної літератури

1. Денисова П. Тайны катастроф / П. Денисова. - М.: Рипол - Классик, 2000. - 336 с.

2. Вагнер Б.Б. Сто великих чудес природы /Б Б. Вагнер. - М.: Вече, 2002.-496 с.

3. Тарасов Л.В. Природа Земли: прошлое, настоящее, будущее: книга для любознательных школьников/ Л.В. Тарасов. - Сумы: Университетская книга, 2006. - 481 с.

4. Энциклопедический словарь юного географа-краеведа. Сост. Г.В. Карпов.- М.: Педагогика, 1981.-384 с.

5. Бойназаров А.М., Кандиба Ю.І. Географія: Довідник старшокласника та абітурієнта.-Харків: «ТОРСІНГ ПЛЮС», 2006.-352 с.

6. Кукол З. Природные катастрофы.-М.: Знание, 1985.-240 с.