Что такое цунами

Само явление цунами старо, как Океан. Рассказы очевид­цев 0 страшных волнах, передававшиеся из уст в уста, со временем становились легендами, а примерно 2000— 2500 лех

назад появились и письменные свидетельства. Согласно одному из них погибла Атлантида. В числе ве­роятных причин исчезновения острова исследователи на­зывают и цунами.

Время свершения этого грандиозного события отно­сите^ к глубокой древности — 2500 лет назад. Понятно, чт0 ш о каком научном рассмотрении явления тогда не могд0 быть и речи. Изучение цунами стало возможно ЛИШЬ после возникновения и развития сейсмологии, так как Цунами, как правило, является следствием землетря­сение   в свою очередь, рождением науки сейсмологии можно считать время изобретения (начало текущего века) русским ученым академиком Б. Б. Голицыным электродинамического сейсмографа — прибора, с помощью которого сравнительно точно и просто определяется эпи­центр землетрясения.

В настоящее время высказываются различные взгля­ды на причины, порождающие цунами. Наряду с основ­ной причиной — землетрясением, к таковым относят на­гоны воды в бухты, вызванные тайфунами, штормами, сильными приливами. Это, по-видимому, объясняется происхождением слова «цунами» (в переводе с японско­го — «волна в гавани»).

Существуют также различные взгляды и на механизм образования очага цунами, возбужденных землетрясения­ми. В частности, предполагают, что само по себе земле­трясение не возбуждает цунами, а служит лишь спуско­вым механизмом. Причиной же являются мутьевые (су­спензионные, турбидитные) потоки осадкового вещества, обладающего тиксотропными свойствами (при определен­ных условиях способного к разжижению) и скапливаю­щегося в каньонах цунамигенных зон и участков. Это нещество при землетрясениях даже небольшой силы по­лучает как бы толчок к быстрому разжижению и движе­нию и создает предпосылки для возникновения очага цунами.

Не входя в дискуссию о правильности высказываемых взглядов, обратимся к наиболее распространенному опре­делению цунами и причин, их порождающих. Под «цу­нами» понимают длиннопериодные морские гравитацион­ные волны, внезапно возникающие в морях и океанах именно в результате землетрясений, очаги которых распо­ложены под дном морей и океанов. Цунами может воз­никать и от взрывов подводных вулканов, подводных и береговых обвалов и оползней, образующихся, в свою очередь, вследствие землетрясений.

Эти волны обладают большой скоростью распростра­нения и огромной кинетической энергией, что способст­вует их глубокому проникновению на сушу. При подхо­де к берегу они деформируются и, накатываясь на берег, иногда производят громадные разрушения. При этом сле­дует оговориться, что значительной разрушительной си­лой обладают лишь цунами, порожденные землетрясения­ми большой энергии, с магнитудой, приблизительно рав­ной или большей 8,0.

Проведенные в последнее время предварительные ис­следования показывают, что цунами могут быть вызваны землетрясениями и значительно меньшей магнитуды (на­пример, М^5,0). Но они проявляются чаще всего в виде незначительного подтопления, которое можно обнаружить только с помощью соответствующих приборов. Очаги цунами обычно приурочены к эпицентральным областям землетрясений.

Известно, что наибольшее количество землетрясений происходит на Тихоокеанском побережье. Естественно предположить, что и цунами чаще всего случаются в Тихом океане. Приблизительные подсчеты показывают следующее распределение (в °/о) цунами в различных морях и океанах:

Тихий океан (в основном по периферии)                                          75

Атлантический океан                                                                                   9

Индийский океан                                                                                          3

Средиземное море                                                                                        12

Прочие моря                                                                                                     1

В Советском Союзе воздействию цунами подвержены, по существу, только дальневосточные берега: Камчатка, Курильские и Командорские острова и, частично, Са­халин.

Итак, в результате каких процессов происходят цу­нами? Наблюдения показывают, что это главным образом: а) внезапное смещение участка поверхности моря или океана в вертикальном направлении (или близком к вер­тикальному) за счет аналогичного смещения вниз или вверх соответствующего участка морского дна; б) резкий сдвиг воды в горизонтальном (или близком к нему) на­правлении вследствие аналогичного смещения больших блоков земной коры с крутыми склонами вблизи глубо­ководных впадин; в) надводные или подводные обвалы и оползни; г) взрывы или крупные извержения подводных вулканов; д) вибрация дна и др.

При этом нужно иметь в виду, что цунами возникает только в случае быстрого, почти мгновенного свершения указанных процессов. Когда происходят мощные цунами, можно говорить по крайней мере о четырех условия, им благоприятствующих: 1) очаг землетрясения располага­ется под дном моря, океана (бывает, правда редко, не­совпадение очагов землетрясения и цунами) или в срав­нительной близости от тех крупных блоков земной коры, которые, смещаясь вследствие землетрясения в горизон-

альном направлении в сторону океана, соприкасаются непосредственно с большими водными толщами; 2) над эпицентральной областью землетрясения находится слой воды значительной мощности; 3) глубина очага земле­трясения невелика (10—60 км); 4) землетрясение долж­но быть большой силы (или если речь пойдет об ополз­не или обвале, то масса пород, участвующих в образова­нии цунами, должна иметь достаточно большой объем).

Наибольшей разрушительной силой обладают, как правило, цунами с очагами в глубоководных зонах.

В открытом океане волны цунами невысоки (при са­мых сильных землетрясениях предположительно не пре­вышают 2—3 м), имеют значительную (иногда достигаю­щую 200—300 км) длину волны и скорость распростра­нения, соизмеримую со скоростью современного пас­сажирского реактивного самолета.

Скорость движения волны определяется по формуле

Лагранжа: v = ^gH, где g — ускорение силы тяжести и Н — глубина бассейна в месте определения скорости.

При подходе к берегу в зависимости от прибрежного рельефа дна и конфигурации береговой линии цунами могут «вырастать» от 1—2 м высоты в открытом океапе до нескольких десятков метров на берегу. Но, пожалуй, лавное, с чем связано увеличение высоты волн, это — уменьшение глубины океана. Последнее может быть вы-шслено по формуле Эри—Грина:

де   /гм — высота  волны   на   мелководье   глубиной   Ям; — высота волны на глубине Нг.

Преобразование и рост волны начинают заметно про­являться у границы материковой отмели (глубина 200 м ii меньше) и происходят наиболее интенсивно с глубины 10—15 м. Попадая в мелководную прибрежную зону, сюлна деформируется — растет ее высота с одновремен­ным увеличением крутизны переднего фронта. С прибли­жением к берегу она начинает опрокидываться, созда­вая пенящийся, бурлящий, большой высоты водяной по­ток, который и производит разрушения на берегу.

Разрушительная сила волн цунами зависит от интен­сивности породивших их землетрясений, расстояний от места возникновения до берега, протяженности очага цу­нами и первоначальной высоты волны, а также от особен­ностей рельефа дна на пути распространения волны и конфигурации береговой линии.

При очень крутых уклонах дна и прямолинейных берегах, а также на участках с достаточно высокими бе­регами цунами вырастает несильно и не причиняет сколь­ко-нибудь значительных разрушений. Особую опасность представляют собой суживающиеся, с уменьшающимися глубинами бухты и проливы, в которых происходит зна­чительное увеличение высоты, а стало быть, и разруши­тельное действие волн. При этом в случае низменного по­бережья волна захватывает большие участки суши, сме­тая все на своем пути. Крайнюю опасность представляют устья рек, по которым цунами может проникнуть в глубь территории на расстояние до нескольких километров. Уменьшается высота волн только в закрытых расширяю­щихся бухтах с узким входом.

Большинство людей имеет хорошее представление о характере и параметрах обычных ветровых волн и весь­ма слабое — о цунами. Для сравнения приведем таблицу некоторых характерных параметров ветровых волн и волн цунами (максимальные значения).

Из табл. 4 видно, в частности, что в открытом море высота волн цунами не превышает 3 м. Имея в то же время очень большую длину, они становятся безопасны для любого плавсредства, находящегося в океане на зна­чительном удалении от побережья.

Следует привести исключительно интересный, своего рода уникальный случай чрезвычайно высокой волны. 9 июля 1958 г. в результате землетрясения на Аляске масса льда и земных пород объемом около 300 млн. м3

ледника Литуйя с высоты, близкой к 900 м, обрушилась в узкую и длинную бухту Литуйя, вызвав на противопо­ложной стороне бухты колоссальный волновой заплеск, достигший на отдельных участках побережья почти 600-метровой высоты. В это время в бухте находились три небольших рыболовецких судна. «Несмотря на то что ка­тастрофа происходила в девяти километрах от места сто­янки кораблей, все выглядело ужасно. На глазах потря­сенных людей вверх поднялась огромная волна, которая поглотила подножие северной горы. После этого она про­катилась по заливу, сдирая деревья со склонов гор, раз­рушая недавно покинутую лагерную стоянку альпини­стов; обрушившись водяной горой на о-в Кенотафия, она поглотила старую хижину… и, наконец, перекатилась че­рез высшую точку острова, возвышавшуюся на 50 м над уровнем моря.

Волна закрутила судно Ульрича, которое, потеряв управление, со скоростью галопирующей лошади понес­лось к судам Суонсона и Вагнера, все еще стоявшим на якоре. К ужасу людей волна разорвала якорные цепи и потащила оба судна, словно щепки, заставив их преодо­леть самый невероятный путь, который когда-либо вы­падал на долю рыбацких судов. По словам Суонсона, вни­зу под кораблем они рассмотрели верхушки 12-метровых деревьев и скалы величиной с дом. Волна буквально пе­ребросила людей через остров в открытое море» 1.

Подобного рода случаи весьма редки и не могут рас­сматриваться в качестве эталона. Однако история знает немало примеров цунами, которые уступают по силе опи­санному, но не менее тяжелы своими последствиями.

6 октября 1737 г.

Землетрясение близ восточных берегов Камчатки. Вы­сота возбужденных волн цунами достигала 25—30 м. Очень большие разрушения почти во всех прибрежных поселках восточной Камчатки. Благодаря слабой засе­ленности в то время жертв среди населения было не­много.

1 ноября 1755 г.

Землетрясением и цунами (эпицентр юго-западнее г. Лиссабона, в Атлантическом океане) разрушен и смыт

Лиссабон. Уничтожены 15 тыс. из 20 тыс. строений. По­гибли около 50 тыс. человек. Высота волн достигала 25— 30 м.

27 августа 1883 г.

Взрыв вулкана Кракатау (Зондский пролив, между островами Ява и Суматра). В результате взрыва возник­ла серия очень больших волн цунами, не только прока­тившихся по берегам Индийского и Тихого океанов, но пришедших в Атлантический, достигнув побережья Франции п Панамы. У берегов Явы и Суматры высота волн достигала 30—40 м. Голландский корабль был вы­брошен волной на сушу и оказался в 4 км от берега на высоте 10 м над уровнем моря. Колоссальные разруше­ния на островах: смыты жилые поселки с низколежащих берегов западной Явы и южной Суматры, уничтожены прибрежные леса и посевы. Около 36 тыс человеческих жертв.

15 июня 1896 г.

Землетрясение Санрику (общее название для Тихо­океанского побережья префектур Аомори, Ивате, Мияги). Эпицентр в 240 км от берегов Японии. Цунами на берегу в отдельных местах достигало высоты 30 м. Смыты около 11 тыс. жилых помещений и общественных зданий. По­гибли 27 тыс. человек.

3 марта 1933 г.

Сильное землетрясение в Японии. На побережье Сан­рику обрушились волны высотой более 30 м. Уничтожен город Камаиси, где были смыты 1200 домов. Было сне­сено большое число деревьев. Погибли около 4000 чело­век. Причинен очень большой материальный ущерб.

1 апреля 1946 г.

Эпицентр землетрясения вблизи о-ва Унимак (Алеут­ские острова) в районе Алеутской впадины. Несмотря на большое удаление Гавайских островов от очага цунами (3700 км), даже там зафиксированы волны высотой 11 м (о-в Оаху) и 16 м (о-в Гавайи). Цунами достигло бере­гов Аляски, Северной и Южной Америки. Наибольшая волна наблюдалась на о-ве Унимак: маяк, стоявший на м. Скотч-Кап, в 34 м над уровнем моря, был смыт, и весь его обслуживающий персонал (5 человек) погиб. В общей

сложности жертвами этого цунами стали около 200 чело­век. Убытки исчисляются суммой в 25 млн. долларов.

5 ноября 1952 г.

Это цунами является сильнейшим для Дальневосточ­ного побережья СССР, особенно по своим последствиям, поэтому ему следует уделить больше внимания, тем бо­лее что жителями Дальнего Востока оно не забыто до на­ших дней. Материалы по этому событию опубликованы в Бюллетене Совета по сейсмологии АН СССР (1958, № 4). В ночь с 4 на 5 ноября 1952 г. около 4 час. по мест­ному времени жители Северо-Курильска были разбуже­ны 7-балльным землетрясением.

Через 45 мин, после начала землетрясения послышал­ся громкий гул со стороны океана, и уже через несколь­ко секунд на город обрушилась огромная волна, двигав­шаяся с большой скоростью и имевшая наибольшую вы­соту в центральной части города, где она катилась по долине речки.

Через несколько минут волна отхлынула в море, уно­ся с собой все разрушенное. Отступление первой волны было столь интенсивным, что дно пролива обнажилось на протяжении нескольких сотен метров. Наступило за­тишье.

Через 15—20 мин. на город обрушилась вторая, еще большая волна, достигавшая 10-метровой высоты. Она нанесла особо сильные разрушения, смывая все постройки на своем пути, сохранились лишь цементные фундаменты домов.

Прошедшая через город волна достигла склонов ок­ружающих гор, после чего начала скатываться обратно в котловину, расположенную ближе к центру города. Здесь образовался огромный водоворот, в котором с боль­шой скоростью вращались всевозможные обломки строе­ний и мелкие суда. Откатываясь, волна ударила с тыла в береговой вал перед портовой территорией и в обход горы прорвалась в Курильский пролив. Участок берего­вого вала и гора на несколько минут стали островом. На перемычке между этим островом и горой волна нагро­моздила груду бревен, ящиков и т. п. и даже принесла из города два дома.

Через несколько минут после второй волны пришла более слабая, третья волна, которая вынесла на берег много обломков. Все это было разбросано по территории города и по берегам пролива. В 9 час. утра наблюдались сильные колебания уровня океана, которые, слабея, по­вторялись в течение всего дня 5 ноября.

В проливе во время прохождения волн происходило образование водоворотов и сулоев — стоячих волн и вер­тикальных всплесков, образующихся в результате столк­новения течений, идущих из Тихого океана и Охотского моря навстречу друг другу.

Так развивались события во время цунами в Северо-Курильске, Оно охватило почти 700-километровую зону Дальневосточного побережья. Самые высокие волны при этом отмечены в бухтах Пираткова (10—15 м) и Ольга (10—13 м) на Камчатке.

22 мая 1960 г.

Вблизи Вальдивии (побережье Чили) катастрофиче­ское землетрясение возбудило цунами, охватившее по­бережье всех стран Тихого океана. Большинству госу­дарств оно причинило огромный материальный ущерб Имелись человеческие жертвы. Высота волн у берегов Чили достигала 20 м. Количество жертв только в Чили исчислялось 2000 человек. 50 тыс. домов превратились в развалины. Общий ущерб составил несколько сот мил­лионов долларов.

28 марта 1964 г.

В результате очень сильного землетрясения в заливе Принс-Вильям (Аляска) цунами отмечалось по побе­режью всего Тихоокеанского бассейна. Высота волн в от­дельных районах достигала 10 м. В разных местах от цунами погибли более 120 человек. Общий ущерб от зем­летрясения и цунами составил несколько сот миллионов долларов.

Наукой раскрыты многие великие «секреты» природы и поставлены на службу человеку: электричество и маг­нетизм, атомная энергия и лазерное излучение, законы движения космических тел и генетический код живой клетки и др. Однако многое еще надо познать, открыть, изобрести. По-видимому, пройдет немало десятилетий, пока человек научится предсказывать некоторые грозные явления природы, а затем и управлять ими.

Что же можно сделать в ближайшем будущем для за­щиты человека и различных хозяйственных объектов от вышеописанных природных катастроф? Поскольку цуна­ми — явление вторичное, зависящее от землетрясения, то и вопрос этот следует рассматривать в комплексе. Быва­ют случаи, когда для конкретного района даже самое сильное землетрясение не представляет абсолютно ника­кой опасности (очаг землетрясения расположен за многие тысячи километров), однако возникающая при этом вол­на, покрыв огромные расстояния, может оказаться винов­ницей больших разрушений.

На наш взгляд, существует три основных способа, позволяющих избежать описываемых несчастий. Это — переселение из сейсмоактивных и цунамиопасных райо­нов, прогнозирование землетрясений и цунами, сейсмо­стойкое строительство с учетом заранее проведенного районирования. Посмотрим, насколько это осущест­вимо.

Первый способ отвергается самими жителями, ибо они тысячелетиями обживали свой район, благоустраивали, осваивали природные богатства и перспектива потерять все это представляется людям куда более удручающей, чем угроза встретиться с грозной стихией.

Второй способ — прогноз землетрясений — пока еще только находится в стадии исследований. Причем его нужно рассматривать в двух аспектах: долгосрочного и краткосрочного предсказания событий. Долгосрочный прогноз землетрясений (а стало быть, и цунами) — дело будущего. Краткосрочный — уже дает положительные ре­зультаты, хотя до окончательного решения вопроса и здесь еще довольно далеко. Несколько лучше обстоит дело с краткосрочным прогнозом цунами, о чем будет расска­зано ниже. Здесь же упомянем только, что защита насе­ления от возможного появления цунами в настоящее время по существу сводится к уходу населения из райо­нов, где ожидается затопление, на более возвышенные места, но спасти от разрушения здания не представляет­ся возможным.

Остается третий способ — сейсмостойкое строительст­во; это, пожалуй, главное, что может свести к минимуму результаты возможных катастроф. Но, поскольку возве­дение сооружений с соответствующим запасом прочно­сти — работа дорогостоящая, необходимо, чтобы ей пред­шествовало четкое микросейсморайонирование, чтобы, с одной стороны, не завышать сейсмичность конкретного района, где будет проводиться постройка, а с другой — не занижать ее, так как это связано с безопасностью на­селения.

Разумеется, следует учитывать и использовать по воз­можности все три способа защиты населения от сейсми­ческой опасности. В некоторых случаях, когда этого до­статочно, можно применять и другие: устройство бето­нированных заградительных дамб, лесонасаждений, за­градительных валов из крупных камней, волноломов, и т. п.