- Co je tsunami?
- Fyzika tsunami
- Co se děje s tsunami, když se blíží k pevnině?
- Jak se tsunami měří nebo pozoruje?
- Cunami v Indickém oceánu 26. prosince 2004
Co je tsunami?
Cunami je série oceánských vln o velmi dlouhé vlnové délce (obvykle stovky kilometrů) způsobená rozsáhlými poruchami oceánu, jako jsou např:
- zemětřesení
- sesuvy půdy
- vulkanické erupce
- výbuchy
- meteority
Tyto poruchy mohou být buď zdola (např.např. podmořská zemětřesení s velkými vertikálními posuny, podmořské sesuvy půdy) nebo shora (např. dopady meteoritů).
Tsunami je japonské slovo s českým překladem: “přístavní vlna”. V minulosti byly tsunami označovány jako “přílivové vlny” nebo “seismické mořské vlny”. Termín “přílivová vlna” je zavádějící; přestože dopad tsunami na pobřeží závisí na úrovni přílivu a odlivu v době, kdy tsunami udeří, tsunami s přílivem a odlivem nesouvisí. (Příliv a odliv je výsledkem gravitačního působení Měsíce, Slunce a planet.) Termín “seismická mořská vlna” je rovněž zavádějící. “Seismická” znamená mechanismus vzniku související se zemětřesením, ale tsunami může být způsobena i neseismickou událostí, například sesuvem půdy nebo dopadem meteoritu.
Tsunami se také často zaměňuje s bouřkovou vlnou, přestože se jedná o zcela odlišné jevy. Bouřková vlna je rychlé zvýšení hladiny moře na pobřeží způsobené významnou meteorologickou událostí – ty jsou často spojeny s tropickými cyklony.
Fyzika tsunami
Tsunami může mít vlnovou délku od 10 do 500 km a dobu vlnění až jednu hodinu. V důsledku dlouhých vlnových délek se tsunami chovají jako mělkovodní vlny. Vlna se stává mělkovodní vlnou, když je její vlnová délka v porovnání s hloubkou vody velmi velká. Mělkovodní vlny se pohybují rychlostí c, která závisí na hloubce vody a je dána vzorcem:
kde g je gravitační zrychlení (= 9,8 m/s2) a H je hloubka vody.
V hlubokých oceánech je typická hloubka vody kolem 4000 m, takže tsunami se tedy bude pohybovat rychlostí kolem 200 m/s, tedy více než 700 km/h.
U tsunami, které vznikají při podvodních zemětřeseních, je amplituda tsunami určena velikostí, o kterou se posune mořské dno. Podobně jsou vlnová délka a perioda tsunami určeny velikostí a tvarem podmořské poruchy.
Kromě toho, že se tsunami šíří vysokou rychlostí, může také urazit velké vzdálenosti s omezenými energetickými ztrátami. Při šíření tsunami oceánem mohou hřebeny vln podléhat lomu (ohybu), který je způsoben tím, že se segmenty vlny pohybují různou rychlostí, protože se mění hloubka vody podél hřebene vlny.
Co se děje s vlnou tsunami, když se blíží k pevnině?
Když vlna tsunami opouští hluboké vody otevřeného oceánu a dostává se do mělčí vody v blízkosti pobřeží, transformuje se. Pokud jste si přečetli část “Fyzika tsunami”, víte, že tsunami se pohybuje rychlostí, která souvisí s hloubkou vody – proto se s klesající hloubkou vody tsunami zpomaluje. Tok energie tsunami, který závisí na rychlosti i výšce vlny, zůstává téměř konstantní. Proto s klesající rychlostí tsunami roste její výška. Tomuto jevu se říká vynořování na mělčinu. V důsledku tohoto shoaling efektu může tsunami, která je na moři nepozorovatelná, nabýt v blízkosti pobřeží výšky několika metrů nebo více.
Nárůst výšky vlny tsunami při vstupu do mělké vody je dán vztahem:
kde hs a hd jsou výšky vln v mělké a hluboké vodě a Hs a Hd jsou hloubky mělké a hluboké vody. Takže tsunami o výšce 1 m na otevřeném oceánu, kde je hloubka vody 4000 m, by měla ve vodě o hloubce 10 m výšku vlny 4 až 5 m.
Stejně jako jiné vodní vlny i tsunami začíná ztrácet energii, když se řítí na pevninu – část energie vlny se odráží od břehu, zatímco energie vlny šířící se ke břehu se rozptyluje třením o dno a turbulencemi. Navzdory těmto ztrátám tsunami stále dosahují pobřeží s obrovským množstvím energie. V závislosti na tom, zda je první částí tsunami, která dosáhne pobřeží, hřeben nebo koryto, se může jevit jako rychle stoupající nebo klesající příliv. Místní batymetrie může také způsobit, že se tsunami projeví jako série lámajících se vln.
Tsunami má velký erozní potenciál, který zbavuje pláže písku, který se mohl hromadit roky, a podkopává stromy a další pobřežní vegetaci. Rychle se pohybující voda spojená se zaplavující tsunami je schopna zaplavit nebo zatopit stovky metrů do vnitrozemí za obvyklou hladinou vysoké vody a může rozdrtit domy a další pobřežní stavby. Tsunami může dosáhnout maximální vertikální výšky na pevnině nad hladinou moře, často nazývané výška náběhu, v řádu desítek metrů.
Jak se tsunami měří nebo pozoruje?
V hlubokém oceánu má tsunami malou amplitudu (méně než 1 metr), ale velmi dlouhou vlnovou délku (stovky kilometrů). To znamená, že sklon neboli strmost vlny je velmi malý, takže je pro lidské oko prakticky nezjistitelná. Existují však oceánské pozorovací přístroje, které jsou schopny tsunami odhalit.
Přílivoměry
Přílivoměry měří výšku mořské hladiny a používají se především k měření přílivu a odlivu. Většina přílivoměrů provozovaných Národním přílivovým centrem meteorologického úřadu jsou stanice SEAFRAME (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). Ty se skládají z akustického senzoru připojeného ke svislé trubici otevřené na dolním konci, který je ve vodě. Akustický senzor vysílá zvukový impuls, který se šíří z horní části trubice dolů k vodní hladině a poté se odráží zpět do trubice. Vzdálenost k vodní hladině lze pak vypočítat na základě doby trvání impulsu. Tento systém filtruje vlivy malého rozsahu, jako jsou větrné vlny, a je schopen měřit změny mořské hladiny s přesností na 1 mm.
Přílivoměr na Kokosovém ostrově pozoroval tsunami 26. prosince 2004, když prošla kolem ostrova, jak ukazují tato pozorování provedená během prosince.
Satelity
Satelitní výškoměry měří výšku hladiny oceánu přímo pomocí elektromagnetických impulsů. Ty jsou vysílány na povrch oceánu z družice a výšku povrchu oceánu lze určit na základě znalosti rychlosti impulsu, polohy družice a měření doby, za kterou se impuls vrátí k družici. Jedním z problémů tohoto druhu družicových dat je, že mohou být velmi řídká – některé družice prolétají nad určitým místem jen přibližně jednou za měsíc, takže byste měli štěstí, kdybyste si všimli tsunami, protože se šíří tak rychle. Během tsunami v Indickém oceánu 26. prosince 2004 se však výškoměr družice Jason náhodou nacházel ve správný čas na správném místě.
Následující obrázek ukazuje výšku mořské hladiny (modře) naměřenou družicí Jason dvě hodiny po prvním zemětřesení v oblasti jihovýchodně od Sumatry (znázorněno červeně) 26. prosince 2004. Údaje byly pořízeny radarovým výškoměrem na palubě družice podél dráhy protínající Indický oceán, když vlny tsunami právě zaplnily celý Bengálský záliv. Zobrazené údaje představují rozdíly ve výšce hladiny moře oproti předchozím pozorováním provedeným podél stejné dráhy 20-30 dní před zemětřesením a ukazují signály tsunami.
Obrázek s laskavým svolením NASA/JPL-Caltech
Systém DART
V roce 1995 začal Národní úřad pro oceány a atmosféru (NOAA) vyvíjet systém DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis). V současné době je v Tichém oceánu rozmístěna soustava stanic. Tyto stanice poskytují podrobné informace o tsunami ještě v době, kdy jsou daleko od pobřeží. Každá stanice se skládá ze záznamníku tlaku na mořském dně, který detekuje průchod tsunami. (Tlak vodního sloupce souvisí s výškou mořské hladiny) . Údaje jsou pak pomocí sonaru přenášeny na povrchovou bóji. Povrchová bóje pak vysílá informace do Tichomořského centra varování před tsunami (PTWC) prostřednictvím satelitu. Záznamník tlaku na dně vydrží dva roky, zatímco povrchová bóje se vyměňuje každý rok. Tento systém výrazně zlepšil předpověď a varování před tsunami v Tichém oceánu.
Cunami v Indickém oceánu 26. prosince 2004
Podmořské zemětřesení v Indickém oceánu 26. prosince 2004 vyvolalo tsunami, které způsobilo jednu z největších přírodních katastrof v novodobé historii. Je známo, že o život přišlo více než 200 000 lidí.
Vlny zpustošily pobřeží části Indonésie, Srí Lanky, Indie, Thajska a dalších zemí, přičemž byly hlášeny vlny vysoké až 15 m, které dosáhly až do Somálska na východním pobřeží Afriky, 4500 km západně od epicentra. Lom a difrakce vln znamenaly, že dopad tsunami byl zaznamenán po celém světě a stanice monitorující hladinu moře v místech, jako je Brazílie a Queensland, také pocítily účinek tsunami.
Tuto animaci (10,4 Mb) vytvořili vědci z Národního centra pro přílivové vlny meteorologického úřadu. K replikaci vzniku a šíření tsunami byl použit numerický model, který ukazuje, jak se vlny šířily po povodí světového oceánu.
Zemětřesení se odehrálo kolem 1:00 UTC (8:00 místního času) v Indickém oceánu u západního pobřeží severní Sumatry. S magnitudou 9,0 Richterovy stupnice se jednalo o největší zemětřesení od zemětřesení u Aljašky v roce 1964 a čtvrté největší od roku 1900, kdy se začaly vést přesné globální seismografické záznamy.
Epicentrum zemětřesení se nacházelo asi 250 km jihovýchodně od indonéského města Banda Aceh. Jednalo se o vzácné megatřesení a došlo k němu na rozhraní indické a barmské tektonické desky. Příčinou bylo uvolnění napětí, které vzniká při subdukci indické desky pod převažující desku barmskou. Při megatrupovém zemětřesení se jedna tektonická deska podsouvá pod druhou, což způsobuje vertikální pohyb desek. Tento velký vertikální posun mořského dna vyvolal ničivé tsunami, které způsobilo škody na tak rozsáhlém území kolem Indického oceánu.
Zemětřesení mělo také neobvykle velký geografický rozsah. Odhaduje se, že 1200 km dlouhá zlomová linie se podél subdukční zóny během několika minut posunula asi o 15 metrů. Protože 1200 km zlomové linie postižené zemětřesením mělo téměř severojižní orientaci, největší síla vln byla ve směru východ-západ. Bangladéš, který leží na severním konci Bengálského zálivu, měl velmi málo obětí, přestože se jedná o lidnatou nízko položenou zemi.
Vzhledem k vzdálenostem trvalo tsunami od patnácti minut do sedmi hodin (v případě Somálska), než dosáhla různých pobřeží. (Viz tato mapa cestovních časů). Severní oblasti indonéského ostrova Sumatra byly zasaženy velmi rychle, zatímco Srí Lanka a východní pobřeží Indie byly zasaženy zhruba o dvě hodiny později. Thajsko bylo také zasaženo přibližně o dvě hodiny později, přestože se nacházelo blíže epicentru, protože tsunami se v mělkém Andamanském moři u jeho západního pobřeží pohybovala pomaleji.
Po příchodu na pobřeží se výška tsunami značně lišila v závislosti na vzdálenosti a směru od epicentra a dalších faktorech, jako je místní batymetrie. Podle zpráv se výška pohybovala od 2-3 m na africkém pobřeží (Keňa) až po 10-15 m na Sumatře, v oblasti nejblíže epicentru.