Fizyka na fali – tsunami - Artykuły naukowe

Trzęsienie ziemi na lądzie potrafi być bardzo destrukcyjne. Budynki mogą ulec całkowitemu zniszczeniu, pojawiają się uskoki gruntu i szczeliny głębokie nawet na kilkanaście metrów. Kiedy jednak wstrząs następuje pod dnem oceanu trudno na pierwszy rzut oka zauważyć jakieś spektakularne skutki tego wydarzenia.

W wyniku ruchów warstw skalnych powstaje fala sejsmiczna, która rozchodzi się w skorupie ziemskiej. Jeśli wstrząs nastąpił pod dnem oceanu, wzbudzone zostaje także szczególna fala oceaniczna – tsunami. Jej prawdziwa potęga ujawnia się dopiero po dotarciu do lądu, gdzie może osiągnąć wysokość przekraczającą 10 metrów. Takie fale zdewastowały wybrzeża Indonezji i Tajlandii po trzęsieniu ziemi pod Oceanem Indyjskim w grudniu 2004 roku.

Im głębsza jest woda, tym większa prędkość tej fali. Na oceanie o głębokości 5000 metrów może ona pędzić z prędkością nawet 750 km/h. Średnia prędkość fali sejsmicznej w skałach może się wahać od 2000 - 9000 km/h. I to właśnie tę różnicę w tempie przemieszczania się fal sejsmicznych i tsunami wykorzystuje się do ostrzegania przed potencjalną katastrofą.

Międzynarodowe systemy działają na Pacyfiku, Oceanie Indyjskim, w rejonie Karaibów oraz na północno-wschodnim Atlantyku (te ostatnie obejmują swoim zasięgiem basen Morza Śródziemnego). W chwili zarejestrowania fal sejsmicznych powstałych w wyniku trzęsienia ziemi pod dnem morskim, wysyłane jest ostrzeżenie o możliwości wystąpienia tsunami. Czasu jest niewiele, bo od kilku do kilkunastu minut (zależy to od położenia epicentrum względem brzegu).

Nie każdy wstrząs wywołuje destrukcyjne fale portowe. Jeśli nastąpiło poziome przesunięcie warstw skalnych ryzyko tsunami jest niewielkie. Sprawy mają się inaczej, jeśli był to ruch pionowy. Wtedy w oceanie powstaje fala, którą mogą wykryć jedynie specjalne boje. Dlatego do wydajnego działania tego systemu potrzebne są zatem zarówno obserwacje sejsmologiczne, jak i sieć pomiarowa poziomu wody na oceanach. Ta druga działa w oparciu o rozlokowane w różnych miejscach na oceanie boje DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunami) oraz pomiar wysokości poziomu wody w strefie brzegowej (tuż przed uderzeniem tsunami obserwuje się tam gwałtowny odpływ wody).

Boje DART zbudowane są w taki sposób, że jedna część pływa na powierzchni morza połączona z umocowanymi na dnie urządzeniami mierzącymi ciśnienie słupa wody w danym miejscu. System ten pozwala wykryć falę o innym charakterze niż np. sztormowa i z boi znajdującej się na powierzchni wysłać sygnał do centrum ostrzegania przed tsunami wraz z wartością ciśnienia i przeliczeniem jej na wysokość przypuszczalnej fali tsunami.

Niestety system nie jest idealny. Woda morska nie jest łagodna dla delikatnej elektroniki znajdującej się w bojach dlatego wymagają one dość częstych zabiegów konserwatorskich, kosztujących wiele tysięcy dolarów każdy. Nie wszystkie kraje stać na tak częste naprawy i w rezultacie wiele urządzeń nie działa poprawnie, co zwiększa ryzyko pojawienia się zupełnie niespodziewanego – a co za tym idzie – potencjalnie katastrofalnego tsunami.

tekst: Grzegorz Lizurek

Mapa obrazująca rozmieszczenie boi na oceanach

Animacja obrazującą działanie boi DART