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:
hм = hг 4√Hг/Hм
где hм — высота волны на мелководье глубиной Hм; — высота волны на глубине Нг.
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.