Цунами

ЧТО ТАКОЕ ЦУНАМИ

Само явление цунами старо, как Океан. Рассказы очевидцев о страшных волнах, передававшиеся из уст в уста, со временем становились легендами, а примерно 2000–2500 лет 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, что ни о каком научном рассмотрении явления тогда не могло быть и речи. Изучение цунами стало возможно лишь после возникновения и развития сейсмологии, так как цунами, как правило, является следствием землетрясения 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 вещество при землетрясениях даже небольшой силы поручает 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 %) цунами в различных морях и океанах:

Тихий океан (в основном по периферии) 75

Атлантический океан 9

Индийский океан 3

Средиземное море 12

Прочие моря

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 условиях, 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 горизонтальном 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 океане до нескольких десятков метров на берегу. Но, пожалуй, главное, с чем связано увеличение высоты волн, это — уменьшение глубины океана. Последнее может быть вычислено по формуле Эри — Грина:

h_м = h_г ⁴√H_г/H_м

где h_м — высота волны на мелководье глубиной H_м; — высота волны на глубине Н_г.

Преобразование и рост волны начинают заметно проявляться у границы материковой отмели (глубина 200 м а меньше) и происходят наиболее интенсивно с глубины 10–15 м. Попадая в мелководную прибрежную зону, волна 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»[4].

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 и 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. Выло 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. и. 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.