Цели:
1) Познакомиться с причинами возникновения цунами.
2) Познакомиться со способами прогнозирования цунами.
3) Познакомиться с характеристиками цунами.

Учебные вопросы:
1. Цунами.
2. Прогноз цунами.
3. Шкала силы морских волн.
4. Шкала Ииды К. и А. Имамуры.

Учебный вопрос № 1: Цунами:
Цунами образуются при подводных землетрясениях и извержениях подводных вулканов или крупных береговых обвалах и оползнях.

Для этих волн принято использовать японский термин "цунами", который довольно быстро и широко привился. Он образован из двух иероглифов, читающихся как "цу", что означает "гавань", и "нами" - "большая волна". Хотя "большая волна в гавани" и звучит несколько описательно, этот термин неплохо отражает суть явления, поскольку волны цунами именно при приближении к берегу сильно увеличивают свою высоту.

Свыше 99% волн цунами вызываются подводными землетрясениями. При землетрясении под водой образуется вертикальный разлом, и часть дна сдвигается по вертикали. В силу малой сжимаемости воды и быстроты процесса деформации участков дна, опирающийся на них столб воды также смещается, не успевая растечься, в результате на поверхности океана образуется некоторое возвышение или понижение. Образовавшееся возмущение переходит в колебательные движения толщ воды - волны цунами, распространяющиеся с большой скоростью (от 50 до 1000 км/ч), которая приблизительно пропорциональна квадратному корню из величины, равной глубине моря. Расстояние между соседними гребнями волн меняется от 5 до 1500 км. Высота волн в области их возникновения колеблется в пределах 0,01 - 5 м, поэтому в открытом море цунами не заметны. У побережья высота волн может достигать 10 м, а в неблагоприятных по рельефу участках (клинообразных бухтах, долинах рек и т.д.) - свыше 50 м. Максимальная скорость знакопеременных течений, сопровождающих цунами, - свыше 20 км/ч.

Цунами становятся разрушительными именно вблизи береговой линии. Они являются глубокими волнами и захватывают куда более мощный слой воды, чем ветровые волны, развивающиеся лишь на поверхности моря и неглубоко от неё, так как они влияют на "столб" воды от самого дна и до поверхности. Поэтому волна цунами, в отличие от ветровых волн, при подходе к берегу из-за уменьшения глубины и увеличения трения частиц воды о дно меняет свою форму. Передняя - первая - подошва волны находится на меньшей глубине и испытывает большее трение о дно, чем следующая - вторая - подошва. Вторая подошва движется быстрее и, сжимая первую, уменьшает длину её волны. При этом частицы воды начинают двигаться вверх, увеличивая высоту волны. Поскольку цунами очень длинная волна, при подходе к берегу, она становится очень высокой. У самого берега волна, сильно приторможенная неровностями дна, принимает резко асимметричную форму и опрокидывает свой гребень далеко вперёд.

Если цунами входит в воронкообразные устья рек, то волна становится еще выше. Поэтому так опасно двигаться по долинам рек в случае приближения цунами.

Обычно цунами - это несколько волн, идущих друг за другом. В открытом океане заметить волны невооружённым глазом практически невозможно, так как их высота не превышает 2 м. Однако по достижении шельфа высота волны резко увеличивается. Гигантский водяной вал высотой от 10 до 50 м представляет собой бурлящую пенящуюся стену с почти вертикальным фронтом. При обрушении на берег высота сейсмогенных цунами до 40 м, вулканогенных - до 100 м (Санторин, 1410 г до н. э.).

Причиной возникновения цунами может быть оползень. Цунами такого типа возникают довольно редко. 9 июля 1958 года в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 900 м. Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты 530 м. Подобного рода случаи весьма редки и, конечно, не рассматриваются в качестве эталона. Другим источником цунами могут служить вулканические извержения. Крупные подводные извержения обладают таким же эффектом, что и землетрясения. При сильных вулканических взрывах образуются кальдеры, которые моментально заполняются водой, в результате чего возникает длинная и невысокая волна. Но колоссальное парообразование от вод, заполнивших раскалённую зону кратера, может привести к взрыву, и тогда возникает мощное цунами. Классический пример - цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 г. Огромные цунами от взрыва кратера вулкана Кракатау наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей сложности 5000 кораблей, погибло 36 тыс. человек.

В наш век атомной энергии у человека в руках появилось средство вызывать по своему произволу сотрясения, раньше доступные лишь природе. В 1946 г. США произвели в морской лагуне глубиной 60 м подводный атомный взрыв с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т. Возникшая при этом волна на расстоянии 300 м от взрыва поднялась на высоту 28,6 м, а в 6,5 км от эпицентра ещё достигала 1,8 м. Эксперименты дали возможность установить, какой именно гребень бывает наибольшим, а какой - наименьшим.

Основные характеристики ветровых волн: Параметры Ветровых волн Цунами - Скорость распространения до 100 км/ч до 1000 км/ч. Длина волны до 0.5 км до 1000 км. Период до 20 секунд до 2.5 ч. Глубина проникновения до 300 м, до самого дна. Высота волны в открытом море до 30 м до 2 м. Высота волны у побережья до 40 м до 70 м.

Основными характеристиками цунами являются: магнитуда, интенсивность на конкретном побережье и скорость движения волны.
За магнитуду цунами принят натуральный логарифм колебаний уровня воды (в метрах), измеренный стандартным мареографом у береговой линии на расстоянии от 3 до 10 км от источника цунами. Магнитуда цунами, в отличие от магнитуды землетрясения, характеризует только часть энергии цунами (которая сама является частью сейсмической энергии). Существует зависимость между сейсмической магнитудой (mS), магнитудой цунами (m) и высотой главной волны цунами (h).

Вдали от побережья цунами распространяется примерно со скоростью (С) длинных волн: С = √2gH , где g - ускорение силы тяжести; Н - глубина бассейна. Скорость С равна: на средней глубине Тихого океана (4 км) - 700 км/ч; вдоль глубоководных желобов (8 км) - 1000 км/ч; на глубине 100 м - 100 км/ч.

Разрушительная сила цунами зависит от её магнитуды, которая, в свою очередь, предопределяет интенсивность воздействия волны на берег. Интенсивность этого воздействия зависит в основном от скорости волны (фазовой скорости). Основным фактором является направление движения по отношению к берегу, контуру береговой линии, береговому склону и шельфу. Разрушительная сила цунами прямо пропорциональна скорости выхода волны к берегу.
Вторым фактором воздействия являются мощные течения в результате её отхода (смыв почвы, смыв склонов, размыв насыпей дорог, оснований мостов, дамб, фундаментов сооружений).
Третий фактор - затопление больших территорий морской водой.
Четвертый фактор - возможность сильных волнений на море вблизи берега.

Известно около 1000 случаев цунами, из них более 100 - с катастрофическими последствиями, вызвавших полное уничтожение, смыв сооружений и почвенно-растительного покрова. 80% цунами возникают на периферии Тихого океана, включая западный склон Курило-Камчатского жёлоба. Исходя из закономерностей возникновения и распространения цунами, проводится районирование побережья по степени угрозы цунами. В наибольшей степени воздействию цунами подвержены Япония, Тихоокеанское побережье США, Курильские острова. Известна историческая катастрофа, связанная с цунами, и в Европе: в 1755 г 20-метровая волна разрушила столицу Португалии Лиссабон, погибло 10% жителей полумиллионного города. По продолжительности затопления такие наводнения - самые быстротечные по сравнению с нагонами. Однако по разрушительной силе цунами нет равных. Цунами - бич Тихоокеанского побережья Азии и Америки. Чаще они в зоне глубоководных желобов, где часты землетрясения. Атлантика менее подвержена цунами: с 1900 по 1960 г. отмечено 230 цунами. Восточное и северное побережье Средиземного моря также подвержены цунами.

Учебный вопрос № 2: Прогноз цунами:
В 40 - 50-х годах в США, Японии и СССР были созданы службы предупреждения населения о приближении цунами, работа которых заключается в опережающей регистрации землетрясений с помощью береговых сейсмографов. Сейчас для прогноза и защиты от цунами работает служба предупреждения с центром в Гонолулу на Гавайских островах. Там обрабатываются записи 31 сейсмической станции и данные 50 мареографических постов. Интервал времени от момента регистрации землетрясения до прихода волн к берегам Японии, Курил или Чили может быть коротким (15 - 20 мин), поэтому предупреждение передаётся незамедлительно, и действия по защите начинаются моментально. Тихий океан пересекается за 20 ч. Однако, сообщение передаётся при всяком подводном землетрясении, и часто оно не порождает цунами. Люди, привыкнув к ложным тревогам, теряют доверие и к важным предупреждениям. Цунами имеют двойственную природу (землетрясения и вулканы), поэтому оценка их сложна.

Прогресс науки прогноза в большей степени зависит от возможности проведения точных измерений. Для определения характеристик волн наряду с сейсмографами используются мареографы. Простейший мареограф (от лат. mare - море и греч. grapho - пишу) - это прибор, основной частью которого является поплавок, установленный в трубке, сообщающейся с океаном. Трубка располагается таким образом, что один из её открытых концов находится чуть выше дна бухты, второй поднимается высоко над уровнем моря. Закон сообщающихся сосудов - великого Океана и маленькой трубки - действует безотказно.
Любое изменение уровня моря, немедленно повторяющееся в трубке и колеблющее поплавок, тут же регистрируется этим несложным прибором: часовой механизм медленно передвигает ленту на барабане, к которому прикреплён карандаш. Когда вода, а вместе с ней и поплавок, поднимается и опускается, карандаш движется взад и вперёд по бумаге, прочерчивая высоту волн. Поскольку нижний открытый конец трубки даёт воде возможность быстро проникать внутрь и так же быстро вытекать обратно, такой мареограф регистрирует любое волнение на море.

С помощью небольшой реконструкции можно превратить этот прибор в регистратор волн длинных периодов - цунами: Если закрыть наглухо нижний конец трубки, уровень воды в трубке не будет изменяться. Но если оставить в дне небольшое отверстие, то благодаря давлению, которое создаётся проходящими гребнями волн, вода проникнет сквозь это отверстие, и уровень воды в трубке слегка поднимется. Волны коротких периодов - от ветра, - даже очень высокие, проходят слишком быстро, поэтому вода, успевающая чуть-чуть проникнуть через отверстие, тут же выливается - уровень воды в трубке почти не меняется. Если же проходит длинная волна, с большим периодом, то она оказывает давление, достаточно длительное для того, чтобы изменить уровень воды в трубке. Таким образом, несмотря на то, что волны цунами имеют высоту, измеряемую всего несколькими сантиметрами даже в зоне, где обычные волны от ветра достигают больших высот, этот прибор регистрирует только волны длинных периодов и никак не реагирует на короткопериодичные волны от ветра. Для того чтобы настроить прибор на регистрацию нужного периода, заранее определяют размер отверстия.

Интенсивность цунами приближённо можно выразить через осреднённую высоту волны:
Iц = 3,3 1g (Н √2).
Предварительные оценки связи интенсивности и магнитуды цунами, а также интенсивности цунами и категории поражения территории имеют вид:
Мср = 1,25 Iц - 0,25
I = 0,9 Iц + 5,5;
Для экспериментального цунами I = 0,9 Iц + 7,7

Учебный вопрос № 3: Шкала силы морских волн:

Учебный вопрос № 4: Шкала Ииды К. и А. Имамуры:

Скачать урок можно здесь.

Задание на дом:
учебник ОБЖ §9.3 стр. 122-133
Требования к учащимся по уровням знаний:
Уровень "3" (удовлетворительно): знать шкалу мощности цунами.
Уровень "4" (хорошо): знания уровня "3" + знать способы пргнозирования цунами.
Уровень "5" (отлично): знания уровней "3", "4" + знать причины возникновения цунами.