海啸。绘图、说明

海啸。儿童科学实验室

儿童科学实验室

“海啸”——海港里的大浪。从日语翻译过来。

这场灾难从凌晨三点开始，震动强烈。只持续了几秒钟……十五分钟后，海上传来一声巨响。仿佛大海正在冲上陆地。从吐口的一侧，也就是海豹遗址的建筑所在的地方，传来了可怕的撞击声和轰鸣声……黎明时分，吐口看起来完全干净了，只有一处可见一些不成形的一堆东西……

摘自 1923 年堪察加半岛地震事件第一位苏联观察员 P. Novograblenov 的日记。

在开始之前很久

远离太平洋海岸，在列宁格勒的国家水文研究所大楼里，科学家们建造了一个新的乌斯季堪察克。当然，这只是一个城市模型，而且是一个规模很大的城市模型。堪察加湾的一部分、堪察加河河口和城市建筑的每一个细节都被重现——面积超过 4000 平方公里的整个地区都被安置在一个小实验室里。模型的海岸和海底由混凝土制成，具有地形所有细节的陆地由橡皮泥制成。科学家们在整个海岸上撒满了厚厚的锯末。电线被放入水中。最糟糕的是，天花板附近有一台电影摄影机在嗡嗡作响。

这是什么？这不是游戏吗？那么为什么玩具堪察加湾在压缩空气的作用下，就像巨大手风琴的风箱一样，底部会下沉或上升，波浪会升起呢？

科学家们决定重复发生在...... 1923年。然后，远海发生的地震产生了巨浪，溅到了海岸上，摧毁了这座城市。

堪察加半岛、千岛群岛和日本群岛、萨哈林岛、阿拉斯加——即使从简单的列表中也可以清楚地看出，海啸最常出现在太平洋。在最大海洋的水域中，每年都会有数十座火山苏醒，发生强烈地震，而且最常见的是在地壳薄得多的海底之下。

如果能够暴露太平洋的底部，那么就有可能统计出九个不断出现断层或地壳膨胀的巨大区域。日本附近的海底也许是最动荡的。断层很多，长达数百公里。沿着这些愈合或重新愈合的“伤口”，地壳的块体不断移动或分叉。大多数断层沿海岸分布。但也存在横向断层。而地壳纵断层和横断层相交的地方，会发生特别强烈的震动。预计那里会发生最严重的海啸。

因此，科学家们数百次使用该模型来对橡皮泥海岸进行海啸袭击。 “海”平面的波动是使用电气传感器确定的。尚未从海岸冲走的锯末边界表明了波浪可能上升的位置，拍摄记录了表面水流的速度。所有这些共同帮助可靠地还原了诺沃格拉布勒诺夫所描述的灾难景象。不仅是为了恢复，而且还得出了重要的结论：扩张中的城市的工业和住宅建筑应该建在最高波浪无法上升的地方。目前，水文学家的建议正在得到严格执行。

但并非每次地震都会引发海啸。只有当海底的一部分（一种巨型活塞）使其上方数公里的海水上升或下降时，海洋表面才会出现波浪。这种现象可以与如果将塞子从装满水的浴缸底部突然升起或降下所发生的情况进行比较。一瞬间，底部的一段似乎消失了。停留在其上的水柱“落下”，并在表面形成一个洞。在海洋中，这样的洞的高度可达数百米，水柱的高度可达数千米。这种巨大的液体柱释放就是未来的海啸。在地震期间，一块地壳也会向上撞击。然后海底膨胀。水柱上升到周围表面之上，也会产生高浪。地震源正上方的此类波浪的高度可达数百米。但距离震中数百公里，其平缓的波峰高度很少超过2m，这就是为什么公海上的船只不会遇到巨浪的危险。

当船陷入暴风雨时，情况就完全不同了。十米的风浪将他如碎片一般抛飞。这就是值得注意的地方。风浪使海洋表层振荡。 30 m以下有停滞区。用著名海洋学家 J. I. 库斯托的话来说，那里有一个真正的寂静世界。但海啸确实名副其实，是一场巨浪。两米长的驼峰只是它的尖端，而它的底部则位于海底。顺便注意一下：这样的波浪的重量超过一亿吨。如果你认为它不是静止不动的，而是以客机的速度飞过海洋，那么它的能量是巨大的。计算表明，要想获得平均威力的人工海啸，需要在海底引爆一枚重达十亿吨的炸弹！

如果在开阔的海洋中，大浪绝对无害，那么当它接近海岸时，它的特性就会发生变化。由于水粒在凹凸不平的底部的摩擦，波基的运动速度明显降低。靠近海岸，它的高度不断增长，呈现出不规则的形状，并向前翻转其新月形的波峰。 P. 诺沃格拉布勒诺夫测量了摧毁乌斯季堪察克的海啸的高度。一道水墙从海中升起，比八层楼还要高！海啸的高度也很大程度上取决于海岸的构造。如果我们在一个入口狭窄的海湾岸边，我们就没有什么可害怕的。波浪将花费很大一部分能量来克服狭窄的通道。开放的楔形海湾则完全不同。此处，当波向楔形顶部移动时，其长度会缩短，但高度会增加。因此，河口和狭长的海峡是最危险的地方。

人类无法积极对抗这种可怕的自然现象。现在我们必须更多地考虑防守而不是战斗。毕竟，仅靠自己的力量或依靠海岸防护设施的力量是不可能对抗海啸的力量的。即使是最先进、最耐用的水坝也不太可能承受数亿立方米水的冲击。这就是为什么在岸上建造任何结构时，都会在实验室中创建完整的大型复制品。通过这种建模，可以轻松模拟破坏性波并研究其离开陆地的情况。

但科学家们不仅对沿海地区的一个单独的（尽管是延伸的）部分的模型感兴趣。如果能够创建一个包含亚洲和美洲所有岛屿、海岸的精确太平洋模型会怎样？这样的模型并不美妙。当然，它不能用混凝土和橡皮泥制成。大陆的所有几何尺寸、波浪的前沿、波浪的速度和能量、海洋不同点的深度等等都可以输入高速计算机的内存中。计算机将决定在哪里、什么时间等待最高的波浪。列宁格勒水文气象研究所和斯坦福大学（美国）已经针对 964 年席卷日本新泻港的海啸开展了此类工作。最近在檀香山举行的海啸问题研讨会上对使用数学模型的计算结果进行了比较。苏联和美国的数学模型几乎一致。

这只是两国积极合作的一个特例。二十多年来，苏联、日本和美国的太平洋海岸一直在运行一个由相互连接的沿海站组成的广泛网络。科学家们不断交换信息，寻找更有效的方法来探测巨浪，以便尽快向沿海地区的人们通报即将发生的危险。苏联船只瓦列里安·乌里瓦耶夫号连续第三年穿越远东海域，并在远东海域安装了新的苏联科学仪器。正如您所看到的，对这种令人敬畏的自然现象的研究仍在继续，并且是在几个方向上进行的。

在你面前的是海洋的横截面。敏感仪器安装在岸上、岛屿上、水面和水下浮标站上。有些监测地壳的地震活动并根据弹性振动的传播速度确定地震的震中。海平面波动传感器将海啸波与风波和潮汐波分开，并确定第一个大浪的出现。卫星上的激光测距仪不仅可以记录地震发生时的震中、海平面的上升或下降，还可以确定海啸的移动方向和速度。如此广泛的记录仪器网络预计将安装在太平洋海啸最危险的地点。

图中（点击放大）： 1.沿海海啸波浪记录仪。 2.海底海啸波浪记录器。 3.地震仪。 4.带有气象仪器的浮标无线电发射站。 5.带有激光测距仪的卫星。 6. 淹没在水下的浮标站。 7.浮标无线电发射站。 8. 带弦传感器的自动海啸波探测器。

小心 - 危险！

远东水文气象研究所设有海啸部门。它的任务是创建一种新的自动化服务，以警告沿海地区的居民即将发生的危险。在堪察加半岛海岸、千岛山脊和萨哈林岛，以及遥远的海洋中可能发生地震的地区，科学家们安装了许多仪器和传感器。

首先，敏感仪器——地震仪——监测地球的地震活动。它们捕获弹性波，用于确定水下地震能量的震中坐标。如果能量较高且震中位于高浪最常出现的区域，则通过有线和无线电通信线路向监测海平面的水文气象站发送警报信号。收到信号后，观察者会监视自记录液位计的读数，并尝试记录第一波（通常很小）海啸波。但找到他们并不那么容易。

风浪每半分钟就会滚到岸边。涨潮期间海平面每天会上升两次。但海啸每隔 10 至 150 分钟就会袭击海岸。那么如何区分风波、潮汐波和海啸呢？浮子漂浮在垂直安装的与大海连通的管道中。它会上升或下降并移动笔，从而在磁带上记录电平波动。

比如说，深度为 10 m 的液柱产生的压力等于一个大气压。但大海却很少平静。因此，如果在一定深度安装压力表，就可以根据其读数来判断波浪的高度。风和潮汐相互重叠，似乎掩盖了海啸的第一波仍然较低的波浪。使用浮子和静压装置很难识别它们。除了它们之外，还安装了另一个设备。它被称为海啸波探测器。

（点击放大）

让我们来熟悉一下它的设备（见图）。金属波纹杯1在静水压力的作用下被压缩。两个不同直径的毛细管2将杯的空腔与两个相同的室3连接，在室4的内部还安装有波纹杯，但波纹杯的尺寸较小。它们的内腔与测量室XNUMX连通，测量室XNUMX被膜分成两部分。三个杯子的内腔充满不可压缩的液体。传感器安装在膜上。探测器如何对海平面波动做出反应？海浪每天只滚到岸边两次。海平面变化缓慢，因此设备安装地点的静水压力逐渐增大。金属杯逐渐收缩，将部分液体几乎毫无阻力地通过毛细管转移到测量室的内腔中。膜两侧压力相同，装置静音。即使海上有正常的风浪，该设备也保持安静。由于在毛细管中遇到显着的阻力，液体没有时间以足够的速度流动。在这种情况下，恒定的压力作用在膜上。

只有当海啸波接近时，不同毛细管阻力的作用才开始显现。直径较大的毛细管对流体流动产生的阻力较小，并且膜一侧的压力变得大于另一侧。膜弯曲后，传感器自动打开车站的灯光和声音警报。

这就是沿海预警服务的工作方式。

不过，该研究所的科学家们正在努力提高预警系统的效率，为海啸争取一些时间。敏感仪器应尽可能远离海岸，并通过电缆或无线电与沿海电台进行通信。岛上已经在停泊的浮标上配备了整个站网。

在5-6公里深度的地震活跃区，安装了自动地震仪和带有弦传感器的灵敏海啸波探测器。探测器的作用就像音叉，就像拉伸在刚性框架上的钢琴弦。只需用琴键向任意方向转动弦轴，琴弦的音高就会发生变化。转换器的设计原理相同。一根细钢丝（一根绳子）在受到测量的静水压力影响的膜中心和设备主体之间拉伸。如果海洋平静，弦乐就会以相同的频率发出声音。但一旦波浪出现，膜就会弯曲，弦张力就会减小。电子设备检测音高的变化，并通过电线向上发送信号到浮标。

自动化服务所拥有的不仅仅是沿海、岛屿和浮标站。目前正在进行使用激光探测海啸波的实验。众所周知，借助激光，可以以几十厘米的精度测量从地球到月球的距离。为什么不在卫星上安装激光测距仪来测量海平面波动？也许很快就会出现监测海啸波的卫星。

除了海洋本身之外，电离层也可以判断高浪的出现。当地壳的一部分在水下急剧下降或上升时，大气柱会随着水柱下降或上升。声波在上层产生，使从电离层反射的无线电波失真。由于声波的速度比海啸的速度快几个小时，科学家认为电离层方法也将用于预警服务。

来自安装在海底、浮标站和海岸上的所有仪器和传感器的信息将被发送到该研究所的一个中心并发送到计算机。机器将进行计算并给出建议：预计最高波浪将出现在哪个区域以及多久。该区域将会响起警报——人们将有时间转移到安全的地方。

你知道吗...

...海啸的根源不仅是海底巨大土块的运动。 1883年夏天，喀拉喀托火山喷发时，爆发出前所未有的威力，震动了大地。火山岛（尺寸约为5×10毫米）飞向空中，体积达20平方公里的岩石碎片落入巽他海峡海域。正是他们引起了巨大的波浪，虽然已经减弱，但在法国和英国海岸有记录，即它穿过印度洋，绕过非洲，进入大西洋。

...大气层也会引发海啸。只要海洋上空某个地方的气压下降1毫米，该地区的水位就会上升13毫米。大气压力有时会下降几十毫米，就像台风期间发生的那样。水面上形成了类似小山的东西，随着气旋的急剧位移，它立即沉降并产生波浪。

……1958 年 500 月，在阿拉斯加海岸，一场含有大量冰、雪和土壤的大雪崩从费尔韦瑟山的山坡上滚落下来。随之而来的波浪高达XNUMX多米。毫不奇怪，它完全覆盖了附近的岛屿。

...最近，在月球上...发现了海啸波。天文学家表示，大多数月球陨石坑周围直径达200公里的环形山体结构可能是保存完好的海啸狼群。落在尚未冷却的月球表面的陨石刺穿了它薄薄的坚硬外壳。熔岩从深处升入所形成的洞中。就像普通液体一样，它形成波浪，并永远冻结。

...十三年前，一大群海獭生活在千岛山脊的乌鲁普岛上。在两次毁灭性的海啸袭击之后，沿海浅水区布满了石头。动物的食物平衡被破坏，数量急剧减少。但这里有一个有趣的模式。海啸发生后不久，同一岛屿上出现了生态爆炸。乌鲁普西兽群不仅迅速恢复，而且还在不断壮大。萨哈林岛动物学家维克多·沃罗诺夫 (Viktor Voronov) 表示，海啸既带来破坏，也带来创造。巨大的波浪用巨大的犁从深处扬起大量的养分。海浪犁过沿海陆架并施肥。在这样一种营养丰富的“肉汤”中，浮游植物和动物迅速生长，鱼群不断生长。这就是为什么海獭选择生活在每年遭受海啸袭击的岛屿上。

...通过计算和实验，科学家们得出结论：海啸波随着距震中距离的增加而衰减，与距离成正比，大约为5/6次方。海底下地壳的波动可能会引起不止一场波浪。其中哪一个最危险——第一、第二、第三？事实证明，当海啸远离其发源地时，其相对增长速度会交替变化。例如，在震中附近，第二波比第一波高。但距离源头越远，最大波的序列号就越高。

...地震的能量特征是地震仪测量的震级。震级是由查尔斯·里克特提出的。最强烈的地震震级略小于9级。地震学家认为，如果里氏震级为7级或以上，那么海啸的发生几乎是完全不可避免的。如果更少，那么发生海啸的概率接近于零。

作者：V.Rotov

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