Цунами

В открытом океане волны цунами распространяются со скоростью ${\displaystyle {\sqrt {g\cdot H}}}$, где ${\displaystyle g}$ — ускорение свободного падения, а ${\displaystyle H}$ — глубина океана (так называемое приближение мелкой воды, когда длина волны намного больше глубины). При средней глубине 4 км скорость распространения равна 200 м/с или 720 км/ч. В открытом океане высота волны обычно не превышает 50 см, и поэтому волна не опасна для судоходства, её даже не могут увидеть люди на борту лодки или корабля. Период волны — от минут до часа, длина волны может быть от десятка до нескольких сот километров, скорость в океане — 600—900 км/ч, на континентальном шельфе — 100—300 км/ч^[4][5]. При выходе волн на мелководье, вблизи береговой черты, их скорость и длина уменьшаются, а высота увеличивается. У берега высота цунами может достигать нескольких десятков метров. Наиболее высокие волны, до 30—40 метров, образуются у крутых берегов, в клинообразных бухтах, у выдающихся далеко в океан мысов и во всех местах, где может произойти фокусировка^[6]. Районы побережья с закрытыми бухтами являются менее опасными. Цунами обычно проявляется как серия волн; так как волны длинные, то между приходами волн может проходить более часа. Именно поэтому не стоит возвращаться на берег после ухода очередной волны, а нужно выждать несколько часов.

Высоту волны на прибрежном мелководье (${\displaystyle H_{\text{мелк.}}}$), не имеющем защитных сооружений, можно посчитать по следующей эмпирической формуле^[7]:

${\displaystyle H_{\text{мелк.}}=1,3\cdot H_{\text{глуб.}}\cdot (B_{\text{глуб.}}/B_{\text{мелк.}})^{1/4},}$ м

где

• ${\displaystyle H_{\text{глуб.}}}$ — изначальная высота волны в глубоком месте;
• ${\displaystyle B_{\text{глуб.}}}$ — глубина воды в глубоком месте;
• ${\displaystyle B_{\text{мелк.}}}$ — глубина воды в прибрежной отмели.

Землетрясения, извержения вулканов и другие подводные взрывы (в том числе взрывы подводных ядерных устройств), оползни, откол ледников, падение метеоритов и другие разрушения выше или ниже уровня воды — всё это обладает достаточным потенциалом, чтобы вызвать цунами^[8].

• Подводное землетрясение (около 85 % всех цунами). При землетрясении под водой происходит взаимное смещение дна по вертикали: часть дна опускается, а часть поднимается. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, — среднему уровню моря, — и порождает серию волн. Далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. Цунамигенным (то есть порождающим волну цунами) обычно является землетрясение с неглубоко расположенным очагом. Проблема распознавания цунамигенности землетрясения до сих пор не решена, и службы предупреждения ориентируются на магнитуду землетрясения. Наиболее сильные цунами генерируются в зонах субдукции. Также необходимо, чтобы подводный толчок вошёл в резонанс с волновыми колебаниями.
• Оползни. Цунами такого типа возникают чаще, чем это оценивали в XX веке (около 7 % всех цунами). Зачастую землетрясение вызывает оползень, и он же генерирует волну. 9 июля 1958 года в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 1100 м. Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты более 524 м^[9][10]. Подобного рода случаи весьма редки и, конечно, не рассматриваются в качестве эталона. Но намного чаще происходят подводные оползни в дельтах рек, которые не менее опасны. Землетрясение может быть причиной оползня и, например, в Индонезии, где очень велико шельфовое осадконакопление, оползневые цунами особенно опасны, так как случаются регулярно, вызывая локальные волны высотой более 20 метров^[11].
• Вулканические извержения (около 5 % всех цунами). Крупные подводные извержения обладают таким же эффектом, что и землетрясения. При сильных вулканических взрывах образуются не только волны от взрыва, но вода также заполняет полости от извергнутого материала или даже кальдеру, вследствие чего возникает длинная волна. Классический пример — цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 году. Огромные цунами от вулкана Кракатау наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей сложности 5000 кораблей, погибло 36 000 человек^[12].

• Человеческая деятельность. В эпоху атомной энергии у человека в руках появилось средство, способное вызывать сотрясения, раньше доступные лишь природе. В 1946 году США произвели в морской лагуне глубиной 60 м подводный атомный взрыв с тротиловым эквивалентом 20 тыс. тонн. 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. Но для дальнего распространения волны нужно вытеснить или поглотить некоторый объём воды, поэтому волны от подводных оползней и взрывов всегда имеют локальный характер. Если одновременно произвести взрыв нескольких водородных бомб на дне океана, вдоль какой-либо линии, возможно образование более высокой волны, за счёт кумулятивного эффекта, но не попадающее в категорию цунами в силу того, что для формирования цунами требуется сдвиг всей толщи воды, тогда как взрыв формирует только поверхностные волны. Компьютерное моделирование таких экспериментов проводились и доказало отсутствие каких-либо существенных результатов по сравнению с более доступными видами вооружений. В настоящее время любые подводные испытания атомного оружия запрещены серией международных договоров^[11].
• Падение крупного метеорита диаметром в сотни метров создаст чрезвычайно высокую волну, однако круговая волна от точечного источника быстро потеряет свою энергию и скорее всего не нанесет суше существенного вреда. Цунами от крупного метеорита может быть опасным в том случае, если метеорит упадет в пределах 10—20 километров от береговой линии.
• Ветер может вызывать большие волны (до 21 м), но такие волны не являются цунами, так как они короткопериодные и не могут вызывать затопления на берегу. Однако возможно образование метеоцунами при резком изменении атмосферного давления или при быстром перемещении аномалии атмосферного давления. Такое явление наблюдается на Балеарских островах и называется риссага (исп. rissaga).

• Внезапный быстрый отход воды от берега на значительное расстояние и осушка дна. Чем дальше отступило море, тем выше могут быть волны цунами. Люди, находящиеся на берегу и не знающие об опасности, могут остаться из любопытства или для сбора рыбы и ракушек. В данном случае необходимо как можно скорее покинуть берег и удалиться от него на максимальное расстояние — таким правилом следует руководствоваться, находясь, например, в Японии, на Индоокеанском побережье Индонезии, Камчатке. В случае телецунами волна обычно подходит без отступления воды.
• Землетрясение. Эпицентр землетрясения находится, как правило, в океане. На берегу землетрясение обычно гораздо слабее, а часто его нет вообще. В цунамиопасных регионах есть правило, что если ощущается землетрясение, то лучше уйти дальше от берега и при этом забраться на холм, таким образом, заранее подготовиться к приходу волны.
• Необычный дрейф льда и других плавающих предметов, образование трещин в припае.
• Громадные взбросы у кромок неподвижного льда и рифов, образование толчеи, течений.
• Перемещение цунами может вызвать звуки, похожие на гром.
• Животные при приближении цунами могут стремиться укрыться на возвышенностях^[13].

Системы предупреждения цунами строятся главным образом на обработке сейсмической информации. Если землетрясение имеет магнитуду более 7,0 (в прессе это называют баллами по шкале Рихтера, хотя это ошибка, так как магнитуду не измеряют в баллах. Измеряют в баллах балльность, характеризующую интенсивность сотрясения грунта во время землетрясения) и центр расположен под водой, то подаётся предупреждение о цунами. В зависимости от региона и заселённости берегов условия выработки сигнала тревоги могут быть различными.

Вторая возможность предупреждения о цунами — это предупреждение «по факту» — способ более надёжный, так как практически отсутствуют ложные тревоги, но часто такое предупреждение может быть выработано слишком поздно. Предупреждение по факту полезно для телецунами — глобальных цунами, оказывающих влияние на весь океан и приходящих на другие границы океана спустя несколько часов. Так, индонезийское цунами в декабре 2004 года для Африки является телецунами. Классическим случаем являются Алеутские цунами — после сильного заплеска на Алеутах можно ожидать существенный заплеск на Гавайских островах. Для выявления волн цунами в открытом океане используются придонные датчики гидростатического давления. Система предупреждения, основанная на таких датчиках со спутниковой связью с приповерхностного буя, разработанная в США, называется DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis). Обнаружив волну тем или иным образом, можно достаточно точно определить время её прибытия в различные населённые пункты.

Существенным моментом системы предупреждения является своевременное распространение информации среди населения. Очень важно, чтобы население представляло, какую угрозу несёт с собой цунами. В Японии имеется множество образовательных программ по природным катастрофам, а в Индонезии население в основном не знакомо с цунами, что и стало основной причиной большого количества жертв в 2004 году. Также большое значение имеет законодательная база по застройке прибрежной зоны.

К периоду между 6200 и 6000 годом до н. э. относят цунами из-за серии крупных оползней Стурегга в Норвежском море.

Древнейшее письменное упоминание о цунами относится к 479 году до н. э. и связано с греческой колонии Потидея. Как считается, это цунами было вызвано землетрясением. Возможно, оно спасло колонию от вторжения персидской державы Ахеменидов^[14].

Первое предположение о том, что цунами связано с подводными океанскими землетрясениями, было высказано древнегреческим историком Фукидидом (ок. 460 — ок. 400 до н. э.)^[15][14].

Древнеримский историк Аммиан Марцеллин, после того как цунами 365 года н. э. опустошило Александрию, описал типичную последовательность цунами: начальное землетрясение, внезапное отступление моря и последующую гигантскую волну^[16][17].

В европейской истории Нового времени значимы Лиссабонское землетрясение и цунами 1755 года (вызванные Азорско-гибралтарским трансформным разломом), Калабрийские землетрясения 1783 года, каждое из которых унесло жизни нескольких десятков тысяч человек, а также Мессинское землетрясение и цунами 1908 года. Мессинская катастрофа погубила, по разным оценкам, от 70 тыс. до 200 тыс. человек на Сицилии и в Калабрии и оценивается как одно из самых смертоносных стихийных бедствий в Европе с начала XX века; от самого цунами погибло по меньшей мере 2 тыс. человек.

Британские острова цунами почти не затрагивают, но если на них и обрушивались цунами (в основном на южный берег Англии), то они обычно представляли собой метеоцунами, а не волны, вызванные землетрясениями.

Разрушения, вызванные землетрясением и цунами в Индийском океане в 2004 году, можно назвать самыми ужасающими в своём роде в современной истории. Эта катастрофа унесла жизни около 230 тыс. человек, по другим оценкам — до 300 тыс. человек. Регион Суматры также привык к цунами из-за землетрясений разной магнитуды, которые регулярно происходят у берегов этого острова^[18].

Япония имеет самую долгую зафиксированную историю цунами^[19].

С. П. Крашенинников в своём «Описании земли Камчатки» первым в России описал цунами^[20][21] как некий «взлив» моря после «земли трясения» 1737 года у берегов Камчатки, включая такие подробности, как осыхание морского дна перед «взливом».

Также цунами можно узнать в описании бедствия 1780 года, которое разорило первое русское поселение на курильском острове Урупе (в бухте на океанской стороне): вода стала стремительно уходить из бухты, чтобы потом «идти валом…» обратно^[22].

• 28 декабря 1908, Мессина, Италия

Вызвано мощным Мессинским землетрясением магнитудой 7,5, которое произошло в Мессинском проливе между Сицилией и Апеннинским полуостровом. Землетрясение вместе с цунами погубили около 80 тыс. человек, по некоторым оценкам — до 200 тыс. человек. От цунами погибло по меньшей мере 2 тыс. человек.

• 3 марта 1933, Санрику, Япония

Вызвано морским землетрясением магнитудой 8,1. Затронуло побережье Санрику на северо-востоке острова Хонсю. Землетрясение разрушило около 5 тыс. домов и унесло жизни 3068 человек, подавляющее большинство из которых погибло в результате воздействия волн цунами. Прибрежный город Таро (ныне часть города Мияко) в префектуре Иватэ пострадал особенно сильно, потеряв 42 % населения и 98 % зданий.

• 27 октября 1936, бухта Литуйя, Аляска, США

Причина остаётся неясной (возможно, это был подводный оползень). Максимальная высота составила 149 м. Максимальное расстояние затопления составило 610 м вглубь залива.

• 7 декабря 1944, Япония

Вызвано подводным землетрясением. Затронуло тихоокеанское побережье центральной Японии. Власти не освещали это событие, чтобы поддержать боевой дух солдат во время Второй мировой войны, поэтому точный масштаб ущерба неизвестен. По оценкам, в результате землетрясения погибло 1223 человека, причём основной причиной гибели стало цунами.

• 21 декабря 1946, Япония

Вызвано землетрясением в разломе Нанкай. Цунами сравняло с землёй, по разным данным, от 1450 до 2000 домов и стало причиной гибели 1500 человек в Японии, а также было зафиксировано в Калифорнии, на Гавайях и в Перу.

• 5 ноября 1952, Северо-Курильск

Вызвано мощным землетрясением (оценка магнитуды, по разным источникам, колеблется от 8,3 до 9), которое произошло в Тихом океане в 130 километрах от побережья Камчатки. Три волны высотой до 15—18 метров (по разным источникам) уничтожили город Северо-Курильск и нанесли ущерб ряду прочих населённых пунктов. По официальным данным, погибло более двух тысяч человек.

• 9 марта 1957, Аляска

Вызвано землетрясением с магнитудой 9,1, произошедшим на Андреяновских островах (Аляска), которое вызвало две волны, со средней высотой волн 15 и 8 метров соответственно. Кроме того, в результате землетрясения проснулся вулкан Всевидова, расположенный на острове Умнак и не извергавшийся около 200 лет. В катастрофе погибло более 300 человек.

• 9 июля 1958, Литуйя (юго-запад Аляски)

Землетрясение, произошедшее севернее залива (на разломе Фэруэтер), инициировало сильные оползни на склоне расположенной над бухтой Литуйя горы (около 30 миллионов кубических метров земли, камней и льда). Вся эта масса завалила северную часть бухты и вызвала огромную волну рекордной высоты — более 500 метров, движущуюся со скоростью 160 км/ч^[23][24]. Максимальная высота, на которой были зафиксированы разрушения, вызванные волной, составляла 524 метра над уровнем моря^[25][26]. Это самая высокая волна из когда-либо зарегистрированных. В итоге появилась новая категория цунами — мегацунами.

• 22 мая 1960, Чили

Причина — Великое Чилийское землетрясение магнитудой 9,5. Это самое мощное среди всех зарегистрированных землетрясений. Цунами распространилось по Тихому океану, местами достигая высоты волн в 25 метров. Первая волна цунами обрушилась на Гавайи. Погиб 61 человек, предположительно из-за того, что люди не обратили внимания на предупреждающие сирены. Почти через 22 часа после землетрясения волны высотой до 3 метров обрушились на побережье Санрику в Японии, убив 142 человека. Всего в результате землетрясения и цунами по всему миру погибло до 6 тыс. человек, причём в основном причиной смерти стало цунами.

• 9 октября 1963, плотина Вайонт, Италия

Оползень объёмом около 260 млн куб. м (лес, грязь и камни) обрушился в водохранилище со скоростью до 110 км/ч. Образовалось мегацунами высотой 250 м. В результате наводнения были разрушены 5 деревень, погибло 1450 человек. Всего погибло почти 2000 человек.

• 27 марта 1964, Аляска

Крупнейшее на Аляске землетрясение (магнитудой 9,2), произошедшее в проливе Принца Уильяма, вызвало цунами из нескольких волн с наибольшей зафиксированной высотой (в момент появления) 67 метров. В результате катастрофы (в основном из-за цунами), по разным оценкам, погибло от 120 до 150 человек.

• 17 августа 1976, Филиппины

На острове Минданао, Филиппины, произошло землетрясение магнитудой 7,9. Возникшее в результате цунами разрушило более 700 км береговой линии. По оценкам, потери включают 5 тыс. погибших, 2200 пропавших без вести, 9500 раненых и 93 500 бездомных.

• 12 декабря 1979, Тумако, Колумбия

У тихоокеанского побережья Колумбии и Эквадора произошло землетрясение магнитудой 8,1. Цунами вызвало серьёзные разрушения в городе Тумако и в других городах Колумбии. Погибли 259 человек, 798 получили ранения, 95 человек пропали без вести или предположительно погибли.

• 18 мая 1980, Спирит-Лейк, штат Вашингтон, США

Во время мощного извержения вулкана Сент-Хеленс обрушились верхние 460 метров горы, что привело к крупному оползню. Один выступ упал в озеро, вызвав мегацунами высотой 260 метров.

• 12 декабря 1992, Индонезия

Вызвано землетрясением на острове Флорес. Высота составляла 25 метров. Около 2500 человек погибли или пропали без вести.

• 17 июля 1998, Папуа — Новая Гвинея

Землетрясение с магнитудой 7,1, произошедшее на северо-западном побережье острова Новая Гвинея, вызвало мощный подводный оползень, породивший цунами, в результате которого погибло более 2000 человек.

• 21 ноября 2000, Гренландия

Оползень объёмом 90 млн куб. м на западном побережье Гренландии вызвал мегацунами. Высота волны достигла 50 м.

• 6 сентября 2004, побережье Японии

В 110 км от побережья полуострова Кии и в 130 км от побережья префектуры Коти произошли два сильных землетрясения (магнитудой до 6,8 и 7,3 соответственно), вызвавших цунами с высотой волн до одного метра. Пострадало несколько десятков человек.

• 26 декабря 2004, Юго-Восточная Азия

В 00:58 произошло мощнейшее землетрясение — второе по мощности из всех зарегистрированных (магнитудой 9,3), вызвавшее самое смертоносное из всех известных цунами. От цунами пострадали страны Азии (Индонезия — 180 тыс. человек, Шри-Ланка — 31—39 тыс. человек, Таиланд — более 5 тыс. человек и др.) и африканское Сомали. Общее количество погибших превысило 235 тыс. человек. Первоначальный всплеск воды был зафиксирован на высоте около 33 м, что делает это цунами одним из крупнейших цунами, вызванных землетрясением, за всю историю наблюдений.

• 17 июля 2006, Ява, Индонезия

Землетрясение магнитудой 7,7 произошло в Индийском океане, в 200 км к югу от Пангандарана, пляжа, известного среди сёрферов идеальными волнами. Землетрясение вызвало цунами высотой от 2 до 6 м, на пляже Чимерак оно сравняло с землей здания на расстоянии до 400 м от береговой линии. Более 800 человек пропали без вести или погибли.

• 2 апреля 2007, Соломоновы острова

Вызвано землетрясением магнитудой 8, произошедшим в южной части Тихого океана. Волны в несколько метров высотой достигли и Новой Гвинеи. Жертвами цунами стали 52 человека.

• 29 сентября 2009, Самоа

Вызвано подводным землетрясением в районе островов Самоа магнитудой 8,1, которое стало крупнейшим землетрясением 2009 года. Последовавшее цунами нанесло значительный ущерб и унесло жизни людей в Самоа, Американском Самоа и Тонга. Погибло более 189 человек, в основном дети, большинство — в Самоа. Большие волны без серьёзных разрушений были зарегистрированы на Фиджи, северном побережье Новой Зеландии и на островах Кука.

• 25 октября 2010, Суматра, Индонезия

Вызвано землетрясением магнитудой 7,7. В результате цунами погибли по меньшей мере 408 человек.

• 11 марта 2011, Япония

Сильнейшее землетрясение магнитудой 9,0 с эпицентром, находящимся в 373 км северо-восточнее Токио, вызвало цунами с высотой волны, превышавшей 7 метров. По полученным данным, гипоцентр землетрясения находился на глубине 32 км к востоку от северной части острова Хонсю^[27] и простирался на расстояние около 500 км, что видно из карты афтершоков. Кроме того, землетрясение и последовавшее за ним цунами стали причиной аварии на АЭС Фукусима I. По состоянию на 2 июля 2011 года официальное число погибших в результате землетрясения и цунами в Японии составляло 15 524 человек, 7 130 человек числились пропавшими без вести, 5 393 человек были ранены.

• 17 октября 2015, Аляска

Из-за оползня в ответвлении залива Айси-Бей было спровоцировано мегацунами с начальной высотой 100 м и прорывом на противоположный берег фьорда с высотой 193 м.

• 28 сентября 2018, Сулавеси, Индонезия

Вызвано землетрясением. В результате землетрясения, цунами и разжижения почвы погибло по меньшей мере 4340 человек, более 10 670 получили ранения. Волны были высотой до 10,7 м.

• 22 декабря 2018, Ява и Суматра, Индонезия

Вызвано предположительно извержением вулкана Анак-Кракатау. По некоторым данным, число погибших от цунами составляет 426.

• 28 ноября 2020, Британская Колумбия, Канада

Необычно сильные дожди спровоцировали оползень, который, в свою очередь, вызвал землетрясение магнитудой 5,0 и мегацунами высотой 100 м, устремившееся по ручью Эллиот и реке Саутгейт.

• 16 сентября 2023, Гренландия

Крупный оползень вызвал мегацунами высотой более 200 м.

Понятие «мегацунами», когда высота волн значительно превышает высоту обычного цунами, стало использоваться после цунами в заливе Литуйя в 1958 году.

Такие цунами вызываются не тектонической активностью, а, как правило, оползнями.

Некоторыми специалистами высказывается мнение, что главной причиной особенно сильных цунами становится падение на поверхность планеты небесных тел. По мнению этих учёных, прослеживается закономерность в резких климатических изменениях на границе плейстоцена и голоцена и падением крупных метеоритов на земную поверхность и в акваторию океанов^[28]. В их исследованиях представлены геологические, археологические и исторические свидетельства трёх крупнейших климатических катастроф, возможно происходивших на Земле около 12 900 лет тому назад, 4300—4500 лет тому назад и в 536—540 годах нашей эры^[29]. Для изучения проблемы космогенных цунами была создана международная научная группа Holocene Impact Working Group.