Презентация на тему: Высота волны цунами

Физика цунами. Все знают сказку о Садко. Вспомним, как попал Садко в подводный дворец морского царя и как пришлось ему, по требованию хозяина дворца, играть на гуслях. «Заиграл Садко задорно, весело. Гости за столом усидеть не могли, выскочили из-за столов да и в пляс пустились. И так расплясались, что на море-океане великая буря началась. И много в ту ночь кораблей сгинуло. Страсть сколько людей потонуло!» Как говорится, «сказка ложь, да в ней намек». Помня об этом, попробуем оценить с позиции физики, что верно и что неверно в описанной сцене из сказки. Пляску гостей в подводном царстве можно сопоставить с подводным землетрясением. Согласно сказке, сотрясения на дне передались на поверхность моря и вызвали там сильное волнение.

Передача сотрясения от дна к поверхности моря действительно происходит; именно так и зарождается волна цунами. Неправильно, однако, то, что эта передача вызвала сильное волнение в открытом море. Мы уже знаем, что в открытом море волна цунами совершенно безобидна; ее крутой нрав обнаружится лишь тогда, когда она добежит до берега. Итак, предположим, что вследствие землетрясения, взрыва подводного вулкана или сильного обвала некоторый участок морского дна быстро сместился, например, вверх. Поскольку вода практически несжимаема, то почти тотчас сместится вверх и соответствующий участок поверхности моря — на водной поверхности возникнет небольшой по высоте холм. Это и есть очаг цунами; от него, как от брошенного в воду камня, побежит во все стороны волна (Рисунок1).

На рисунке  схематически показано, как зарождается цунами в двух случаях: а) участок дна сместился вверх, б) участок дна сместился вниз. В первом случае цунами распространяется приливной волной вперед, а во втором случае — отливной волной вперед. Именно во втором случае наблюдается кратковременное отступление моря от берега непосредственно перед появлением гребня волны цунами.

Вся жизнь волны цунами может быть разделена на четыре последовательных этапа.  Первый этап — зарождение волны. Второй этап — движение волны по просторам океана.  Третий — взаимодействие волны с прибрежной зоной.  Четвертый — обрушивание гребня волны на береговую полосу, перемещение водных масс над сушей. Причины образования цунами: Подводное землетрясение (около 85 % всех цунами) Оползни(около 7 % всех цунами).   Вулканические извержения (около 5 % всех цунами).  . О зарождении цунами мы говорили (рисунок1). Рассматривая движение цунами по океанским просторам, необходимо принять во внимание огромную длину этих волн, во много раз превышающую глубины океанов. Для волн цунами все моря и океаны являются мелкой водой.  Скорость распространения цунами описывается формулой: V= корень из  g*H.  Допустим, что глубина океана равна 4 км. Подставляя в упомянутую формулу значения g=10 м/с^2 и Н=4000 м, получаем и V=200 м/с = 720 км/ч.

Высота и длина волны цунами (а значит, и ее энергия) зависят от силы подземных толчков, от того, насколько близко к поверхности дна находится эпицентр землетрясения, от глубины моря в данном районе. Очевидно, что волна цунами будет тем мощнее, чем крупнее масштабы смещения дна и чем быстрее совершаются эти смещения. Все это, однако, не влияет на скорость волны, цунами, которая определяется фактически только глубиной океана. В разных точках океана глубина различна; соответствующим образом будет изменяться и скорость цунами. Зная рельеф океанского дна и место зарождения цунами, можно рассчитать, через какое время волна добежит до того или иного побережья.

Когда цунами приближается к побережью, начинается третий этап ее жизни — существенно уменьшаются скорость и длина волны, начинает расти ее высота. Скорость волны уменьшится, а длина волны сократится. Когда волна обрушивается на берег - начинается последний (четвертый) этап в ее жизни.

На рисунке показано в общих чертах, как изменяется профиль волны цунами на последнем этапе. 0 - уровень спокойного моря, 1- 7 последовательные профили волны, обрушивающиеся на берег и выбрасывающей на него огромные массы воды.

Полезно провести сравнение волн цунами с сильными ветровыми (штормовыми) волнами. Прежде всего они различаются по скорости распространения и притом довольно существенно. Скорость штормовых волн составляет 60...90 км/ч. Скорость цунами на порядок выше (700...1000 км/ч). Длина штормовых волн не превышает 100...500 м, длина же цунами в 100...1000 раз больше. В то же время высота штормовых волн в открытом океане доходит до 10...20 м, а высота цунами не превышает 1...3 м. Следовательно, крутизна штормовых волн оказывается в тысячи и десятки тысяч раз больше крутизны волн цунами. Поэтому опасны для судов в открытом океане именно штормовые волны.

Совсем иное дело — волны в прибрежной полосе. Теперь по степени опасности на первое место выходят волны цунами. Штормовые волны в прибрежной полосе производят куда меньше разрушений, нежели цунами. Было бы неправильно объяснять это только тем, что высота волн цунами может увеличиться при подходе к берегу до 40 - 50 м, тогда как высота штормовых волн в прибрежной полосе редко превышает 20...30 м. Волна цунами высотой всего 10 м во много раз более опасна, чем штормовая волна высотой 20 м. Дело в том, что штормовые волны имеют существенно меньшую длину и скорость по сравнению с цунами; кроме того, они наносят по берегу разрозненные удары, каждый из которых приходится на маленький участок береговой линии. Волна же цунами стремительно подходит к берегу единым водяным валом (водяной стеной) протяженностью в десятки километров и более, в результате на берег сразу обрушиваются огромные массы воды. Вот эта монолитность прибрежной волны цунами в сочетании с ее высотой, огромной длиной, а также большой скоростью движения и делает ее удар столь катастрофическим для береговых построек, судов, стоящих на рейде, и, разумеется, людей, оказавшихся в пределах досягаемости волны.

 Предсказать появление цунами  помогают другие волны - сейсмические, которые рождаются одновременно со страшной волной, но бегут в земной коре, причем гораздо быстрее цунами.   С   помощью  сейсмических   волн ученые научились определять направление опасности. Благодаря   этому   удается   выделить   те   места на побережье, где «большая волна» наиболее опасна.