Наука о цунами

Мощное землетрясение магнитудой 8,9, произошедшее 11 марта 2011 года у восточного побережья главного острова Японии, вызвало разрушительное цунами, унесшее тысячи жизней и приведшее к объявлению предупреждений по всему Тихоокеанскому бассейну, в тысячах километров от эпицентра. Как землетрясения вызывают такие колоссальные волны и как ученые могут предсказать их путь?

Издание Universe Today обратилось за разъяснениями к профессору геологических наук Университета Колорадо в Боулдере Энн Шиэн, также сотрудничающей с Кооперативным институтом исследований в области наук об окружающей среде (CIRES), и к доценту инженерного дела Университета Небраски-Линкольна Дэвиду Адмиралу.

Universe Today: Как землетрясение вызывает цунами?

Дэвид Адмирал: Цунами формируются, когда в результате землетрясения происходит смещение дна океана, что вызывает перемещение водных масс и образование волны.

UT: Должно ли землетрясение иметь определенную магнитуду, чтобы вызвать цунами?

Энн Шиэн: Это зависит больше от местоположения, чем от магнитуды. Необходимо смещение морского дна — например, сильное землетрясение в Колорадо не вызовет цунами. Иногда цунами вызывают землетрясения не самой большой магнитуды, но именно те, что сместили значительную площадь дна. Таким образом, строгого порога магнитуды нет, но событие должно произойти под океаном и вызвать вертикальное движение дна — горизонтальное смещение не так важно.

UT: Как быстро движутся волны цунами?

Шиэн: Их скорость составляет около 800 км/ч. Это быстро, но по сравнению со скоростью сейсмической волны — медленно. Говорят, что цунами движутся со скоростью реактивного самолета, но перелет из Токио на Гавайи занимает много часов, и цунами достигло берегов Гавайев примерно за 7 часов, что хорошо, так как дает людям время на эвакуацию. Такая скорость возможна из-за глубины океана.

Скорость сейсмической P-волны (первичной, самой быстрой) составляет около 8 км/с, или 30 000 км/ч. Она значительно быстрее и может преодолеть то же расстояние за минуты.

UT: Чем цунами отличаются от обычных океанских волн?

Шиэн: Они отличаются тем, что их пик и впадина длятся не доли секунды, а около 15 минут. Хотя амплитуда (высота) волны может быть не намного больше, чем у волны для серфинга, за ней на протяжении 15 минут движется целая стена воды. На поверхности океана это может быть почти незаметно — лишь небольшой подъем. Для кораблей в открытом море волны едва ощутимы, но в гаванях они могут сильно раскачиваться.

Адмирал: В океане может быть лишь небольшой подъем поверхности, но он несет огромную энергию. Когда волна достигает мелководья у берега, ее длина сильно уменьшается, так как скорость падает. Передняя часть волны замедляется, а задняя продолжает двигаться быстрее и догоняет ее, что приводит к резкому увеличению амплитуды. На очень малых глубинах, когда волна обрушивается, ее высота может стать колоссальной и причинить разрушения на суше.

Шиэн: Разница в том, что цунами — это как целая река, которая внезапно появляется, подобно бурным порогам 4-й категории сложности.

UT: Почему высоту волн цунами так сложно предсказать до подхода к берегу?

Шиэн: Мы можем хорошо предсказать скорость и направление, но высоту в конкретной точке предсказать довольно сложно.

В океане используются буи системы DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis), измеряющие давление на дне и размер цунами, а также модели для прогнозирования амплитуд. Улучшить мониторинг можно, установив больше буев и создав более детальные карты рельефа дна, так как его топография сильно влияет на фокусировку волн. Над этим активно работает NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований США) для побережий США, Новой Зеландии и Японии. Чем лучше карта дна и данные с волн в открытом океане, тем точнее модель и оценка высоты.

Кроме того, для прогнозирования цунами критически важны быстрые и точные данные о самом землетрясении — определение эпицентра и магнитуды, в чем ключевую роль играет USGS (Геологическая служба США).