Анатомия волны-убийцы: как рождаются цунами и где их ждать
Волны цунами — неотъемлемая часть фильмов-катастроф, популярных в 2010-х. И неудивительно, ведь эти разрушительные столбы воды высотой в сотни метров способны стереть с лица земли целые прибрежные города. Разобрали, как возникают эти гигантские волны, почему они так опасны и могут ли они появиться во внутренних морях или даже озёрах.
Чем цунами отличаются от обычных волн
Обычная волна — это поверхностное явление, которое возникает в результате того, что ветер воздействует на поверхность воды. В свою очередь, цунами затрагивает всю толщу воды от самого дна. В открытом океане амплитуда цунами обычно невелика и измеряется несколькими десятками сантиметров, однако скорость распространения достигает 700–900 км/ч, что позволяет волне пересечь океан практически без затухания.
Благодаря огромному запасу потенциальной и кинетической энергии цунами может преодолевать тысячи километров и обрушиваться на побережье спустя много часов после своего «рождения» — будь то подводное землетрясение, обвал грунта или извержение вулкана. При приближении к мелководью длина волны уменьшается, а её высота кратно растёт — порой до сотен метров, — создавая мгновенно нарастающую волну-стену, способную затопить прибрежные зоны, разрушить гавани и населённые пункты на глубину нескольких километров внутрь суши.
Главная причина цунами
Около 80% этих разрушительных волн вызваны землетрясениями, которые происходят под водой. Самые большие из них рождаются из-за сильных, но неглубоких землетрясений на разломах океанического дна.
Механизм их появления связан с движением тектонических плит. Земная кора состоит из огромных плит, которые постоянно смещаются. В зонах, где одна плита медленно подползает под другую — зонах субдукции, — из-за трения плиты могут «застревать», и напряжение между ними копится десятилетиями, а то и столетиями.
Когда это напряжение резко высвобождается, происходит землетрясение. Одна часть дна может резко подняться, а другая — опуститься. Этот сдвиг, словно гигантский поршень, мгновенно выталкивает или опускает огромный столб воды. Именно это вертикальное смещение дна и порождает цунами. Горизонтальные сдвиги плит, как правило, к образованию цунами не приводят.
Чтобы подводное землетрясение вызвало цунами, должны совпасть несколько условий:
- Сила: магнитуда должна быть не меньше 6,5, а для действительно разрушительных волн — выше 7.
- Глубина: очаг землетрясения должен находиться неглубоко, менее чем в 70 км под поверхностью Земли.
- Движение: должно произойти именно вертикальное смещение морского дна на большой площади.
Механизм образования цунами
Другие причины цунами
Хотя землетрясения — главный виновник, цунами могут вызывать и другие события:
- Оползни. Огромная масса скальной породы, льда или грунта, обрушившаяся в воду с берега или сорвавшаяся под водой, способна вызвать мощную волну. Часто такие оползни провоцируют те же землетрясения. Самый известный пример — цунами в заливе Литуйя на Аляске в 1958 году, когда из-за оползня волна достигла рекордной высоты в 524 метра.
- Извержения подводных вулканов. Взрыв, обрушение склона вулкана или попадание в воду больших объёмов раскалённой породы могут породить цунами. Обычно такие волны опасны лишь для ближайших побережий, так как быстро теряют силу. Например, извержение вулкана Кракатау в 1883 году вызвало волны высотой до 41 метра, унёсшие жизни более 36 000 человек.
- Падение метеоритов. Это крайне редкое явление, но падение крупного астероида в океан способно вызвать цунами катастрофического масштаба. Документальных подтверждений таких событий в истории человечества нет, но геологи находят их следы.
Залив Литуйя после землетрясения и цунами 9 июля 1958 года
Как формируется цунами
Путь волны от места зарождения до берега полон трансформаций.
В открытом океане
В глубоком океане цунами почти незаметно. Волна несётся с огромной скоростью, сравнимой со скоростью реактивного самолёта, — 700–900 км/ч. При этом её высота часто не превышает одного метра, а расстояние между гребнями (длина волны) может достигать сотен километров. Из-за этого корабли в открытом море могут даже не заметить прохождение такой волны.
Приближение к берегу
Всё меняется, когда волна достигает мелководья.
- Торможение. Нижняя часть волны начинает тереться о дно и замедляется. Её скорость падает до 30–50 км/ч.
- Рост. Верхняя часть волны, всё ещё движущаяся быстрее, как бы «накатывается» на замедлившуюся нижнюю. Длина волны резко сокращается, а вся колоссальная энергия, до этого распределённая в толще воды, сжимается и устремляется вверх.
В результате высота волны резко возрастает, превращая незаметную рябь в гигантскую стену воды.
Отлив перед ударом
Часто перед приходом основной волны наблюдается быстрый и сильный отлив. Вода может уйти от берега на сотни метров, обнажая дно. Это происходит потому, что к берегу подходит не гребень, а впадина волны.
Это один из самых верных и опасных признаков приближающегося цунами. Между отливом и ударом волны могут пройти всего несколько минут.
Могут ли цунами быть в морях и озёрах
Да, но они отличаются от тех, что происходят в океане.
Внутренние моря
В этих морях есть сейсмически активные зоны, и цунами здесь случались в прошлом. Например, в Средиземном море с 1600 года до н. э. произошло не менее 290 цунами. Одно из самых известных — вызванное извержением вулкана Санторин около 1600 года до н. э., которое породило волны высотой до 50 метров.
Однако их масштаб, как правило, гораздо меньше океанических. Площадь и глубина моря меньше, а значит, и объём смещённой воды тоже меньше. Поэтому разрушительная сила таких цунами более локальна.
Озёра и заливы
В крупных озёрах, таких как Байкал или Великие озёра в Северной Америке, тоже возникают волны, но называются они сейши. Это стоячие волны, которые возникают, когда вода начинает плескаться от одного берега к другому, как в большом блюдце.
Причиной сейшей может быть не только землетрясение, но и сильный ветер или резкое изменение атмосферного давления. Хотя сейши могут вызывать локальные подтопления, это не цунами в классическом понимании.
В итоге
Из-за специфики формирования и движения заметить разрушительную волну до её подхода к мелководью крайне сложно. Из-за низкой амплитуды будущая цунами «теряется» среди других волн. Тем не менее учёные сегодня знают, что чаще всего причиной таких волн становятся мощные подводные землетрясения или извержения вулканов, отследить которые куда проще, чем надвигающуюся цунами.
Хотя самые масштабные катастрофы происходят в океанах, внутренние моря и даже большие озёра не застрахованы от подобных, пусть и меньших по силе, явлений. История показывает, что даже в небольших бухтах могут формироваться рекордные волны из-за масштабных оползней или схода ледников. Тем не менее такие явления достаточно редки, поэтому опасаться их не стоит.