- Hvad er en tsunami?
- Fysikken bag en tsunami
- Hvad sker der med en tsunami, når den nærmer sig land?
- Hvordan måles eller observeres tsunamier?
- Tsunamien i Det Indiske Ocean den 26. december 2004
Hvad er en tsunami?
En tsunami er en række havbølger med meget lange bølgelængder (typisk hundredvis af kilometer) forårsaget af storskalaforstyrrelser i havet, f.eks:
- jordskælv
- jordskred
- vulkanudbrud
- eksplosioner
- meteoritter
Disse forstyrrelser kan enten komme nedefra (f.eks.f.eks. undervandsjordskælv med store vertikale forskydninger, undersøiske jordskred) eller ovenfra (f.eks. meteoritnedslag).
Tsunami er et japansk ord med den engelske oversættelse: “havnebølge”. Tidligere er tsunamier blevet omtalt som “tidevandsbølger” eller “seismiske havbølger”. Udtrykket “tidevandsbølge” er misvisende; selv om en tsunamis indvirkning på en kystlinje er afhængig af tidevandsniveauet på det tidspunkt, hvor tsunamien rammer, er tsunamier ikke relateret til tidevandet. (Tidevand er et resultat af månens, solens og planeternes gravitationelle påvirkning). Udtrykket “seismisk havbølge” er også misvisende. “Seismisk” antyder en jordskælvsrelateret frembringelsesmekanisme, men en tsunami kan også skyldes en ikke-seismisk begivenhed, f.eks. et jordskred eller et meteoritnedslag.
Tsunamier forveksles også ofte med stormflod, selv om de er helt forskellige fænomener. En stormflod er en hurtig stigning i kysternes havniveau forårsaget af en betydelig meteorologisk begivenhed – disse er ofte forbundet med tropiske cykloner.
Fysikken bag en tsunami
Tsunamier kan have bølgelængder på mellem 10 og 500 km og bølgeperioder på op til en time. Som følge af deres lange bølgelængder fungerer tsunamier som bølger i lavt vand. En bølge bliver en lavvandsbølge, når bølgelængden er meget stor i forhold til vanddybden. Lavvandsbølger bevæger sig med en hastighed, c, der er afhængig af vanddybden og er givet ved formlen:
hvor g er tyngdeaccelerationen (= 9,8 m/s2) og H er vanddybden.
I det dybe hav er den typiske vanddybde ca. 4000 m, så en tsunami vil derfor bevæge sig med ca. 200 m/s eller mere end 700 km/t.
For tsunamier, der opstår som følge af undervandsjordskælv, bestemmes tsunamiens amplitude af den mængde, hvormed havbunden forskydes. På samme måde bestemmes tsunamiens bølgelængde og periode af størrelsen og formen af undervandsforstyrrelsen.
Selvom de kan bevæge sig med høj hastighed, kan tsunamier også bevæge sig over store afstande med begrænset energitab. Når tsunamien breder sig over havet, kan bølgeskammene undergå refraktion (bøjning), som skyldes, at segmenter af bølgen bevæger sig med forskellige hastigheder, når vanddybden langs bølgeskammen varierer.
Hvad sker der med en tsunami, når den nærmer sig land?
Når en tsunami forlader det dybe vand i det åbne hav og bevæger sig ind i det lavvandede vand nær kysten, forvandler den sig. Hvis du har læst afsnittet “Fysikken bag en tsunami”, vil du vide, at en tsunami bevæger sig med en hastighed, der er relateret til vanddybden – derfor bliver tsunamien langsommere, efterhånden som vanddybden mindskes. Tsunamiens energiflow, som afhænger af både bølgehastighed og bølgehøjde, forbliver næsten konstant. Som følge heraf vokser tsunamiens højde i takt med, at hastigheden aftager, mens dens højde vokser. Dette kaldes “shoaling”. På grund af denne shoaling-effekt kan en tsunami, der er umærkelig på havet, vokse til at blive flere meter eller mere høj nær kysten.
Stigningen i tsunamiens bølgehøjde, når den kommer ind i lavt vand, er givet ved:
hvor hs og hd er bølgehøjder i lavt og dybt vand, og Hs og Hd er dybderne af det lave og dybe vand. Så en tsunami med en højde på 1 m i det åbne hav, hvor vanddybden er 4000 m, vil have en bølgehøjde på 4 til 5 m i vand med en dybde på 10 m.
Som andre vandbølger begynder tsunamier at miste energi, når de rusker ind på land – en del af bølgeenergien reflekteres ud til havs, mens den bølgeenergi, der breder sig ind mod kysten, spredes gennem bundfriktion og turbulens. På trods af disse tab når tsunamierne stadig frem til kysten med enorme mængder energi. Afhængigt af, om den første del af tsunamien, der når kysten, er et toppunkt eller et lavpunkt, kan den fremstå som et hurtigt stigende eller faldende tidevand. Den lokale bathymetri kan også få tsunamien til at fremstå som en række brydningsbølger.
Tsunamier har et stort erosionspotentiale, idet de fjerner sand fra strandene, som det kan have taget år at ophobe sig, og underminerer træer og anden kystvegetation. Tsunamier kan oversvømme eller oversvømme hundredvis af meter inde i landet ud over den typiske højvandsstand, og det hurtigt bevægende vand i forbindelse med en oversvømmende tsunami kan knuse huse og andre kystnære strukturer. Tsunamier kan nå en maksimal lodret højde på land over havets overflade, ofte kaldet en opløbshøjde, på flere ti meter.
Hvordan måles eller observeres tsunamier?
I det dybe hav har en tsunami en lille amplitude (mindre end 1 meter), men en meget lang bølgelængde (hundreder af kilometer). Det betyder, at bølgens hældning, eller stejlhed, er meget lille, så den er praktisk taget ikke målbar for det menneskelige øje. Der findes dog havobservationsinstrumenter, der kan registrere tsunamier.
Tidevandsmåler
Tidevandsmåler måler højden af havets overflade og bruges primært til at måle tidevandsstanden. De fleste af de tidevandsmålinger, der drives af Bureau of Meteorology’s National Tidal Centre, er SEAFRAME-stationer (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). De består af en akustisk sensor, der er forbundet med et lodret rør, der er åbent i den nederste ende, og som befinder sig i vandet. Den akustiske sensor udsender en lydimpuls, som bevæger sig fra toppen af røret ned til vandoverfladen og derefter reflekteres tilbage op gennem røret. Afstanden til vandoverfladen kan derefter beregnes ved hjælp af impulsenes rejsetid. Dette system filtrerer småskalaeffekter som vindbølger fra og har kapacitet til at måle ændringer i havniveauet med en nøjagtighed på 1 mm.
Tidevandsmåleren på Cocos Island observerede tsunamien den 26. december 2004, da den passerede forbi øen, som det fremgår af disse observationer, der blev foretaget i løbet af december.
Satellitter
Satellithøjdemålere måler højden af havets overflade direkte ved hjælp af elektromagnetiske impulser. Disse sendes ned til havets overflade fra satellitten, og højden af havets overflade kan bestemmes ved at kende pulsens hastighed, satellitens placering og måle den tid, som pulsen er om at vende tilbage til satellitten. Et problem med denne form for satellitdata er, at de kan være meget sparsomme – nogle satellitter passerer kun over et bestemt sted ca. en gang om måneden, så man kan være heldig at få øje på en tsunami, da de bevæger sig så hurtigt. Under tsunamien i Det Indiske Ocean den 26. december 2004 var Jason-satellittens højdemåler imidlertid tilfældigvis på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt.
Billedet nedenfor viser højden af havoverfladen (i blåt) målt af Jason-satellitten to timer efter, at det første jordskælv ramte området sydøst for Sumatra (vist i rødt) den 26. december 2004. Dataene blev optaget af en radarhøjdemåler om bord på satellitten langs en bane tværs gennem Det Indiske Ocean, da tsunamibølgerne netop havde fyldt hele Den Bengalske Bugt. De viste data er forskellene i havets overfladehøjde fra tidligere observationer, der er foretaget langs samme spor 20-30 dage før jordskælvet, og som viser tsunamiens signaler.
Billedet er venligst udlånt af NASA/JPL-Caltech
DART-systemet
I 1995 begyndte National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) at udvikle Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART) systemet. En række stationer er i øjeblikket opstillet i Stillehavet. Disse stationer giver detaljerede oplysninger om tsunamier, mens de stadig befinder sig langt fra kysten. Hver station består af en trykoptager på havbunden, som registrerer tsunamiernes passage. (Trykket i vandsøjlen er relateret til højden af havoverfladen) . Dataene overføres derefter via sonar til en overfladeboy. Overfladebøjen sender derefter oplysningerne via satellit til Pacific Tsunami Warning Center (PTWC). Bundtryksoptageren holder i to år, mens overfladebøjen udskiftes hvert år. Systemet har forbedret forudsigelsen og advarslen om tsunamier i Stillehavet betydeligt.
Tsunamien i Det Indiske Ocean den 26. december 2004
Et undervandsjordskælv i Det Indiske Ocean den 26. december 2004 gav anledning til en tsunami, der forårsagede en af de største naturkatastrofer i moderne historie. Det vides, at over 200.000 mennesker har mistet livet.
Bølgerne hærgede kysterne i dele af Indonesien, Sri Lanka, Indien, Thailand og andre lande med bølger på op til 15 m høje bølger, som nåede så langt som til Somalia på Afrikas østkyst, 4500 km vest for epicentret. Bølgernes brydning og diffraktion betød, at virkningen af tsunamien blev bemærket i hele verden, og overvågningsstationer for havniveauet i bl.a. Brasilien og Queensland mærkede også virkningen af tsunamien.
Denne animation (10,4 Mb) er produceret af forskere i Bureau of Meteorology’s National Tidal Centre. Der blev anvendt en numerisk model til at genskabe tsunamiens frembringelse og udbredelse, og den viser, hvordan bølgerne spredte sig rundt i verdens havområder.
Jordskælvet fandt sted omkring kl. 1.00 UTC (kl. 8.00 lokal tid) i Det Indiske Ocean ud for den vestlige kyst af det nordlige Sumatra. Med en magnitude på 9,0 på Richterskalaen var det det største siden jordskælvet ud for Alaska i 1964 og lige så stort som det fjerde største siden 1900, da man begyndte at føre nøjagtige globale seismografiske optegnelser.
Epicentret for jordskælvet var placeret ca. 250 km syd-sydøst for den indonesiske by Banda Aceh. Det var et sjældent megathrustjordskælv og fandt sted på grænsefladen mellem de tektoniske plader Indien og Burma. Det blev forårsaget af frigivelse af spændinger, der opstår, når den indiske plade subducerer under den overliggende Burma-plade. Et megathrustjordskælv er et jordskælv, hvor en tektonisk plade glider ind under en anden, hvilket forårsager lodrette bevægelser mellem pladerne. Denne store vertikale forskydning af havbunden skabte den ødelæggende tsunami, som forårsagede skader i et så stort område omkring Det Indiske Ocean.
Jordskælvet var også usædvanligt stort i geografisk udstrækning. Det anslås, at 1200 km brudlinje gled ca. 15 m langs subduktionszonen over en periode på flere minutter. Da de 1200 km forkastningslinje, der blev berørt af jordskælvet, var næsten nord-syd orienteret, var bølgernes største styrke i øst-vestlig retning. Bangladesh, som ligger i den nordlige ende af den bengalske bugt, havde meget få tilskadekomne til trods for at være et folkerigt lavtliggende land.
På grund af de store afstande tog tsunamien alt fra et kvarter til syv timer (for Somalias vedkommende) at nå de forskellige kystlinjer. (Se dette rejsetidskort). De nordlige regioner på den indonesiske ø Sumatra blev ramt meget hurtigt, mens Sri Lanka og Indiens østkyst blev ramt ca. to timer senere. Thailand blev også ramt ca. to timer senere, selv om det lå tættere på epicentret, fordi tsunamien bevægede sig langsommere i det lavvandede Andamanerhav ud for landets vestkyst.
Ved ankomsten til kysten varierede tsunamiens højde meget, afhængigt af afstanden og retningen fra epicentret og andre faktorer som f.eks. den lokale bathymetri. Ifølge rapporterne varierede højden fra 2-3 m ved den afrikanske kyst (Kenya) til 10-15 m ved Sumatra, der ligger tættest på epicentret.