Міністерство освіти і науки України
Контрольна робота
на тему: «Цунамі»
Суми-2009
1. Теоретико-методологічнізасади дослідження цунамі
1.1 Поняттяпро цунамі
Цунамі – японськеслово, що означає хвилю в гавані. Тепер воно застосовується для позначеннягравітаційних хвиль на поверхні води, що викликані головним чином землетрусамиабо явищами, пов’язаними з ними (наприклад, опливини), а також вибухамивулканічних островів або ядерних пристроїв. Попередньо ці хвилі називалисяприпливними (tidal waves), але це неправильно, тому що цунаміз припливами і відпливами не пов’язані. Інший добре поширений термін «морськісейсмічні хвилі» не включає хвилі від природних або тучних вибухів. Тут можнакористуватися визначенням Ван Дорна: «Цунамі – це японська назва системигравітаційних хвиль, що виникають в морі внаслідок крупномасштабних нетривалихколивань вільної поверхні». Цим визначенням виключаються штормові нагони(вітрові припливи) і пов’язані з ними сейші.
Зараз цезагальноприйнятий міжнародний науковий термін, походить він від японськогослова, яке означає «велика хвиля, що заливає бухту». Точне визначення цунамізвучить так — це довгі хвилі катастрофічного характеру, що виникають головнимчином в результаті тектонічних рухів на дні океану.
1.2 Історіядослідження цунамі
Про цунамі багатопишуть і багато говорять, але сухопутним жителям уявити їх реально доситьважко. Хвилі цунамі такі довгі, що як хвилі не сприймаються: довжина їх складаєвід 150 до 300км. У відкритому морі цунамі не дуже помітні: висота їх (тобтовертикальна відстань від гребеня до западини) складає декілька десятківсантиметрів або максимально декілька метрів. Добігши до мілководного шельфу,хвиля стає вищою, здіймається і перетворюється на рухливу стіну. Ввійшовши вмілководні затоки або у воронкоподібні гирла річок, хвиля стає ще вище. Прицьому вона уповільнює хід і, подібно до гігантського валу, накочується на сушу.Швидкість цунамі тим вище, чим більше глибина океану. При середній глибиніТихого океану близько 4000м теоретично обчислена швидкість цунамі складає 716км/год. Це виглядає неправдоподібно, проте максимальна заміряна швидкість хвиліцунамі була ще вища — близько 1000 км/год. Насправді швидкість більшості хвильцунамі дещо нижче за теоретичну величину і коливається між 400 і 500 км/год,проте і цього достатньо.
Деякі землетруси супроводжуються руйнівними хвилями, якіінколи знищують цілі узбережжя, приносять більше лихо, ніж самі землетруси. Цінищівні хвилі нині називають загальновживаним терміном «цунамі», який зяпонської означає «велика хвиля, що заливає бухту». Про цунамі та їх руйнівнусилу багато говорять та пишуть, проте населенню, що живе далеко від води, цікрутолобі, увінчані пінними гребенями хвилі, уявити дуже важко. Хвилі цунамінастільки довгі, що як хвилі вони часом і не сприймаються: довжина їх становитьвід 150 до 300 кілометрів. У відкритому океані цунамі не дуже помітні, тому щоїх висота (вертикальна відстань від гребеня до впадини) складає всього декількадесятків метрів. Але добігши до мілководного шельфу, хвиля здиблюється і стаєсхожа 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 пішлисини Ізраїлеві посеред моря по суші; і води ж їм були стіною з правого і лівогобоку». Сучасні дослідники Біблії вважають, що ізраїльтяни перетинали «посуху»не Червоне море, а «Море тростини» – прісноводну лагуну на схід від дельтиНілу.
С.П. Крашенников – дослідник Камчатки – одним з перших описавцунамі. У жовтні 1775 року він спостерігав землетрус на острові Шумшу тазаписав у своєму щоденнику: На першому Курильському острові, Сумчшу, трясінняземлі було таке. Жовтня 6 дня, о третій годині ночі спочатку земля так страшнотряслася, що від цього багато бараків попадало, і людям стояти неможливо було,і продовжувалося це чверть години… А коли припинолося трясіння, то водинавкруги з моря з великим шумом сажнів на три прибуло, яка знову миттєво в моредалеко зайшла. Після того, як вода збігла вдруге, земля тряслася, тількилегенько, а потім вода з моря до того ж місця знову прийшла, де була в першийраз».
Залишив опис цунамі й Чарльз Дарвін, коли під час своєїподорожі на кораблі «Бігль» 20 лютого 1835 року відчував катастрофічнийземлетрус в Чилі. «Після поштовху на відстані трьох-чотирьох миль було поміченовеличезну хвилю. Вона наближалася і в середині затоки була гладенькою, алевздовж берега зносила будинки та дерева, рвалася вперед з невтримною силою. Вглибині бухти вона розбилася на череду страшних білих бурунів, які злетіливгору на 23 фути… Сила буруна була, мабуть, страшною, бо у форті гармату злафетом вагою чотири тонни він змістив на п'ятнадцять футів. Серед розвалин задвісті ярдів від берега застрягла шхуна. За першою хвилею йшли ще дві. Багаторозбитих суден та човнів змили вони на зворотному шляху. У одному кінці затокикорабель викинуло далеко на берег, потім змило в море, знову хвиля викинула наберег та знову забрала назад.
Вивчення цунамі почалось не так давно, хоча біда ця стара яксвіт. Радянські вчені А.Є. Святловський та Б.І. Силкин відзначали, що «під часрозкопок поблизу сучасного арабського поселення Рас-Шамра в Сирії була знайденаціла бібліотека глиняних табличок, які датуються другим тисячоліттям до нашоїери. Археологам вдалося, розшифрувавши клинопис, прочитати на них про хвилюнебаченої висоти, що раптом впала на квітучу столицю древньої держави Угаріт,майже повністю знищивши її. В елліністичній хроніці за 358 рік нашої ери можназнайти запис, з якого дізнаємося, що в серпні цього року величезна хвилянакотилася на східну частину Середземного моря, накрила «з головою» невисокіострівки, а в Олександрії закинула судна на дахи будинків». У жовтні 1746 рокудекілька водяних валів, висотою 20-25 метрів, змили з лиця землі морський портКальяно та місто Ліму на тихоокеанському узбережжі Південної Америки. ВченийМануель Одриосола так писав про цю катастрофу: «Після землетрусу, що зруйнуваввсі будівлі в порту, океан відступив, але ніхто не може сказати, на якувідстань. 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 нихбула розбита і потонула. Чотири найбільші кораблі, зокрема й 34-гарматнийфрегат «Сан-Фермін», хвиля підняла і занесла всередину країни, девони й застряли після того, як хвиля спала. Океан знову відступив і зновуобрушився на узбережжя. І так повторювалося декілька разів». Другою причиноюцунамі можуть бути зсуви морського дна. Подібна катастрофа трапилася й напівденному сході Аляски. Тут розташована бухта Літуя, яка входить до складунаціонального парку Глейшер-Бей на Алясці. З відкритим простором затоки Аляскабухту з'єднує довгий вузький перешийок, а дальній берег бухти проходить вздовжсейсмологічного розлому Феруетер. Геолог Д. Міллер звернув увагу на різницю увіці дерев на узгір'ях, що навколо затоки. Він визначив, що за останні стороків у затоці чотири рази виникали хвилі величезної висоти.До висновків ученого спочатку поставились з недовірою, аленова катастрофа підтвердила правильність його припущення.
Дев'ятого липня 1958 року сильний землетрус на розломі Феруетервикликав 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, земляпотріскалася, сповзло узбережжя. Маса, що рухалася, завалила північну частинубухти, а потім ще заповзла на протилежний схил гори, зідравши з нього лісовийпокрив на висоті понад триста метрів. Оповзень народив гігантську хвилю, якавинесла воду з бухти Літуя в океан. Хвиля була настільки велика, щоперехльоснула через мілину в гирлі бухти.
Бухта Літуя – найулюбленіше місце риболовлі, і тририболовецькі судна були там, коли наблизилася хвиля. Очевидцями цієї страшноїсили стали люди з кораблів, що стояли на якорі у затоці. Від жахливого поштовхуїх всіх викинуло з ліжок, і на очах у переляканих рибалок величезна хвиляпіднялася і заковтнула підніжжя південної гори.
Після цього хвиля прокотилася затокою, здираючи дерева зісхилів гір. Там, де раніше був густий ліс, залишилися голі скелі, на висоті дошестисот метрів.
Один баркас перенесло через мілину й кинуло в океан. У тумить, 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. Іздвох інших баркасів один благополучно витримав удар стихії, але другий з людьмипотонув.
Найчастіше страждає від цунамі Японія, особливо її гаванівздовж північно-східного узбережжя острова Хонсю (ще його називають узбережжямСанріку).
Тому Японія, одна з перших країн у світі, організувала«Службу цунамі». Завдяки цій програмі вдалося зберегти великі матеріальніцінності та запобігти загибелі багатьох людей. Але не завжди...
У травні 1983 року в результаті сильного підводногоземлетрусу в Японському морі виникло цунамі, жертвами якого стали 105 людей.Зокрема група школярів, яка зібралася на пікнік неподалік від міста Акіта. Вминулі століття морська стихія поводила себе набагато войовничіше.
Під новий 1703 рік загинуло близько 100 000 жителів Японськихостровів. Чотири рази гігантські водяні вали атакували узбережжя, проникаючидалеко на сушу, несучи смерть та руйнування. Особливо постраждали тоді мешканцірайонів Сагами, Ошима, Мусаси та Кацуза.
День першого вересня 1923 року для Японії став найтрагічнішимв її історії. Того разу на дні затоки Сагама стався землетрус. Дві величезніхвилі кинулися на узбережжя. Внаслідок цієї катастрофи загинуло 143 тисячі осібта затонуло вісім тисяч суден. Особливо постраждало місто Іто.
1.3 Причини виникнення цунамі
Цунамі виникаютьнайчастіше в результаті підводних землетрусів. Вертикальний зсув ділянкиморського дна передається водяному стовпу, і на поверхні океану утворюютьсяхвилі. Умовою цього є те, щоб такого роду переміщення відбулося в обмеженійобласті. Чим сильніше землетрус, тим більше ймовірність виникнення цунамі.
Відомо, щоземлетруси з магнітудою (Мs) більш ніж 7,3 викликають цунамі майже завжди. Поштовхи з Мs=7,0 — 7,2 супроводжуютьсяцунамі тільки в 67% випадків. Далі ймовірність виникнення цунамі падає щешвидше: при Мs=6,7-6,9цунамі виникає лише в 17% випадків, а при Мs=5,8-6,2 — лише в 1,4% випадків.
Іншим джереломцунамі можуть служити вулканічні виверження. Крупні підводні виверження володіютьтаким же ефектом, що і землетруси. На поверхні океану виникає хвилювання, іхвилі розповсюджуються від центру в усіх напрямках. При сильних вулканічнихвибухах утворюються кальдери, які вмить заповнюються водою, внаслідок чого можевиникнути висока і довга хвиля.
Третьою причиноювиникнення цунамі є зсуви. І на морському дні може відбутися зсув в рихлихосадових відкладеннях і викликати хвилювання водної маси. Цунамі такого типувиникають досить рідко, та і масштаб їх дії обмежений. Проте існують і виключення:одна з виниклих саме таким чином хвиль була, мабуть, найвищої з відомих. Приземлетрусі 1899 року на Алясці в затоку Літуя сповзла маса землі об'ємом 30млн. м3. Зсув підняв воду в затоці,і утворилася хвиля заввишки 600м, яка на протилежному березі затоки знищила вседо 600-метрового рівня. Ще і сьогодні на цій висоті видно сліди їїкатастрофічної дії.
Подібно тому якоює шкала інтенсивності землетрусів, існує і шкала інтенсивності цунамі. Японці,які з цунамі знайомі краще за всіх, розробили свою шкалу (вона шестибальна і їїможна порівняти з інтенсивністю землетрусів). Шкала для цунамі, складенаанглійським сейсмологом Н.Н. Амбрейсизом.
I — цунамідуже слабке, хвиля відмічається лише мареографами (приладами, що вимірюютьвисоту рівня моря).
II — слабкецунамі, може затопити плоске побережжя. Його помічають лише ті, хто знає море.
III — цунамісередньої сили, відмічається всіма. Плоске побережжя затоплене, легкі суднаможуть виявитися викинутими на берег. У воронкоподібних гирлах річок течія можетимчасово мінятися на зворотне. Портові споруди піддаються невеликому збитку.
IV — сильнецунамі, побережжя затоплене, прибережні споруди і будинки пошкоджені. Крупніпарусні судна і невеликі моторні викинуті на сушу, а потім знову змиті в морі.Береги засмічені уламками і сміттям.
V — дуже сильнецунамі, приморські території затоплені. Хвилерізи і моли сильно пошкоджені. Ікрупніші судна викинуті на берег. Збиток великий і у внутрішніх частинахпобережжя. Все довкола усіяно уламками. У гирлах річок високі штормові нагони. Сильний шум хвиль. Людські жертви.
VI — катастрофічне цунамі, повне спустошення побережжя і приморських територій. Сушазатоплена на значний простір в глиб від берега моря. Найкрупніші суднапошкоджені. 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 іншійстороні океану, на відстані до 10 тис. км.
Понад 99% хвильцунамі викликаються підводними землетрусами. Вивчивши сейсмічність морськогодна і визначивши місця найбільші ймовірні вертикальні переміщення, можна ззначною точністю виявити ділянки, які можуть виявитися джерелом цунамі.Очевидно, що найбільш крупні підводні землетруси зароджуються в глибоководнихокеанічних жолобах. Японський, Алеутський, Курило-Камчатський іПеруансько-чилійський глибоководні жолоби (останній — на протилежному боціТихого океану) найчастіше стають джерелами виникнення хвиль цунамі. Очевидно,що протилежні і близько розміщені материкові побережжя наражається на небезпекуцунамі в найбільш високому степені. У Японії цунамі із висотою хвилі не менше7,5м трапляються не рідше за 1 раз в 15 років. За останні 1300 років берегиЯпонії 4 рази спустошувалися хвилями висотою вище 30м. Землетруси на дніАлеутського жолоба викликали набіги згубних хвиль на береги Аляски. Ці хвилі пробігаютьпо всьому Тихому океану і обрушуються на береги океанічних островів (Гаваї) іПівденної Америки. Землетруси в Курило-Камчатському жолобі кілька разівприводили до затоплення Курильських островів і Камчатки. Побережжя Чилі схильнедо дії цунамі, що зароджуються в Перуансько-Чилійскому жолобі, а так само ітих, що приходять з другого боку Тихого океану.
Найбільш виразнимприкладом являються цунамі, що виникли у зв'язку з виверженням вулкана Кракатаув Індонезії в 1883 році. Хвиля заввишки 36-40м за декілька хвилин досяглаберегів островів Яви і Суматри, підхопила голландський військовий катер івикинула 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 1500року до н.е. при виверженні вулкана на острові Тиру (Санторін) в Егейськомуморі. Професор Галанопулос з своїм колегою археологом професором С. Марінатомвисунув гіпотезу про вплив виверження вулкану Тиру і виникнення при цьомуцунамі на загибель мінойськой цивілізації на острові Кріт. Потім ця гіпотезабула поширена і на причини загибелі інших середземноморських цивілізацій.Порівнюючи кальдери Кракатау і Тири, дійшли висновку, що тірська хвиля моглабути в 3 рази вищої і досягати 100м. За півгодини вона могла досягти берегівКріта, Греції і за годину докотитися до Єгипту. Мабуть це була найкрупнішакатастрофа історичного часу. Відомо, що з цією катастрофою пов'язують загибельАтлантиди Платона. На жаль або на щастя, нові дослідження цю сміливу теоріюзовсім не підтверджують. Головним контрдоказом є той факт, що виверженнявулкана, напевно, не було одиничним, а мало декілька фаз, тобто зародилася неодна гігантська хвиля цунамі, а швидше за все їх були декілька, менших зарозмірами.
Ще однієюможливою причиною цунамі – падіння в океан космічних об’єктів. Цей сценарій покищо обмежується виключно комп’ютерними моделями, так як яких-небудь джерелсвідченням подібних подій, на щастя, не зафіксовано. На думку вчених, такікосмічні візити бувають не частіше одного разу в 100тис. років, причому заостанні 200 тис. років це не відбулося жодного разу. Тим паче, в короткочасномугеологічному майбутньому ймовірність космічного удару не така вже й мала – задеякими оцінками, близько 1%. Згідно до розрахунків, падіння в океан порівняноневеликого астероїда діаметром 300-600м спричинить цунамі, в багато разівперевищуючі всі, що були зареєстровані до цього часу
1.4 Способипопередження катастрофи
Сучасні системиспостереження з космосу дозволяють завчасно виявити велетенську хвилю увідкритому океані. Ці дослідження підтримує РФФІ, повідомляє агентство«ІнформНаука». Спеціалісти Інституту океанології ім. П.Ширшова РАН підкерівництвом члена-кореспондента РАН С.Лаппо розв’язують проблему відверненнянаслідків морських катастроф, у тому числі цунамі. Теоретично це можливо.Сучасні системи космічного спостереження за океаном дозволяють завчасно виявитивелетенську хвилю. Але, щоб вчасно скористатися цією інформацією, необхідностворити нову службу оповіщення.
Запобігти цунаміне можна. Проти страшенних обсягів морської води, які накочуються на берег,захисні споруди безсилі. Висота повені часом перевищує 10 метрів, а намілководному шельфі та в гирлах рік хвиля набуває форми водної стіни, що звеличезною швидкістю рухається до берега. Найефективніше рятуватися від цунамівтечею: судам іти у відкрите море, а мешканцям суші подалі від берега. Головне — завчасно дізнатися про наближення хвилі. 26 грудня 2004 року від моментуземлетрусу, котрий породив цунамі, до приходу хвилі минуло від 20 хвилин докількох годин. Час цілком достатній для евакуації. Трагедію спричинилавідсутність у цьому регіоні служби попередження.
Традиційні методипопередження про хвилі цунамі грунтуються передусім на сейсмічній інформації,отримуваній відразу після землетрусу. Потім фахівці вираховують, коли й кудидобіжить хвиля. Але ці розрахунки неточні, бо береговим службам невідоміпараметри цунамі в епіцентрі землетрусу. Приміром, під час Шикотанського цунамі4 жовтня 1994 року Тихоокеанська служба попередження про цунамі оголосилатривогу на Гавайських островах. На евакуацію тисяч людей витратили близько 30млн. доларів США, причому двоє людей під час евакуації загинули. Хвиля прийшла,але її висота не перевищувала півметра.
Російськіокеанологи одержують якісні записи цунамі у відкритому океані із допомогоюдатчиків придонного гідростатичного тиску. Але такі системи дуже дорогі й неможуть забезпечити спостереження за всіма ймовірними зонами виникнення йпоширення хвиль цунамі. Спостереження за океанською поверхнею із супутникапомітно розширює можливості океанографії. Кардинально розв’язати проблемудозволяє супутникова альтиметрія, яка реєструє великомасштабні зсуви рівняокеану заввишки лише в кілька сантиметрів. Такі виміри вже нині можна робити зіштучних супутників Землі GEOSAT, TOPEX/POSEIDON, ERS-1.2, JASON-1, ENVISAT, а вперспективі й із російського геодезичного супутника «Геоїк-2». Практичнобезперервне дослідження висоти поверхні Світового океану триває від 1985 року.Створено оригінальні бази даних супутникової альтиметрії, вони регулярнопоповнюються й доступні для наукового використання у двох центрах: у США та вЄвропі. У Геофізичному центрі РАН за підтримки РФФІ також створено базу даних іСистему автоматизованого опрацювання даних супутникової альтиметрії. Цунамі вІндійському океані «засікли» альтиметри кількох супутників, найякісніший записвийшов на JASON-1. Аналіз цього запису дозволив досить точно вирахуватиположення фронту хвилі.
Отже, своєчасновиявити цунамі у відкритому океані можливо. Для цього, на думку океанологів,необхідно розвивати технології безперервного спостереження за морськоюповерхнею (як із допомогою датчиків рівня відкритого океану, оснащенихтелеметричним зв’язком із центрами опрацювання, так і з використаннямсупутникових альтиметричних вимірів). На жаль, сучасна служба цунамі побудованапереважно на регіональному принципі.
І, як показуєаналіз дій національних служб 26 грудня 2004 року, їхня «зона відповідальності»обмежена лише підконтрольною ділянкою узбережжя. Багатьом країнам, щорозвиваються, не по кишені сучасний рівень оперативного прогнозу, а катастрофичасто набувають жахливих масштабів і забирають життя громадян багатьох держав.
Тому російськівчені вважають за доцільне створення глобальної системи спостережень заповерхнею океану, що працювала б під міжнародним контролем.
2. Комплекснахарактеристика цунамі
2.1 Фізико-математичнаоснова хвиль
Магнітуда (відлат. magnitude – величина), умовнавеличина, що характеризує загальну енергію пружних коливань, викликанихземлетрусами або вибухами; пропорціональна логарифму енергії землетрусів;дозволяє порівнювати джерела коливань за їх енергією.
/> (2.1)
де ηmax — максимальна висота в метрах, щовиміряна на узбережжі на відстані 10-300км від місця зародження цунамі.Географічний розподіл епіцентрів цунамігених землетрусів (класифікованих замагнітудою цунамі m)показує, що більшість із них припадає на Тихий океан біля Японії (але не вЯпонському морі).
Соловйов відмічавнекоректність використання терміну «магнітуда цунамі». Він писав: «Якщо дляопису цунамі застосовується сейсмологічна термінологія, то градації шкалиІмамура-Ііда є мірою інтенсивності, а не магнітуди. Це є наслідком того, щовеличина магнітуди повинна давати динамічну характеристику процесу в джерелі, аінтенсивність повинна характеризувати його в деякому найближчому до джерелапункті спостереження». Іншим важливим моментом, відміченим Соловйовим, єрізниця між середнім η імаксимальним ηmax затопленням при цунамі. Цярізниця необхідна, так як, хоча енергія цунамі визначається за середньоювисотою підйому, в старих описах, перш за все, вказується максимальна висотацунамі. Різниця між середньою і максимальною висотою може бути в основномуобумовлена топографією.
Соловйов визначивінтенсивність цунамі і:
/>(2.2)
Порівняно зрівнянням (2.1) рівняння (2.2) має три відмінності.
По-перше, замістьвеличини m вводиться параметр і;по-друге, максимальна висота ηmax замінюється на середню η, по-третє, вводиться множник />, що враховує середнюрізницю між максимальною і середньою висотою цунамі різної інтенсивності.
/>
Рис. 2.1 — Залежність ηmax від η
Списоквикористаної 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 юногогеографа-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.