- Mitä on tsunami?
- Tsunamin fysiikka
- Mitä tsunamille tapahtuu sen lähestyessä maata?
- Miten tsunamia mitataan tai havainnoidaan?
- Intian valtameren tsunami 26.12.2004
Mitä on tsunami?
Tsunami on sarja valtameren aaltoja, joiden aallonpituus on hyvin pitkä (tyypillisesti satoja kilometrejä) ja jotka johtuvat valtameren laajamittaisista häiriöistä, esim:
- maasjäristykset
- maanvyöryt
- vulkanpurkaukset
- räjähdykset
- meteoriitit
Nämä häiriöt voivat olla joko alhaalta päin (esim.esim. vedenalaiset maanjäristykset, joihin liittyy suuria pystysuuntaisia siirtymiä, vedenalaiset maanvyörymät) tai ylhäältä päin (esim. meteoriitin iskut).
Tsunami on japaninkielinen sana, jonka englanninkielinen käännös on: “satama-aalto”. Aiemmin tsunameista on käytetty nimityksiä “vuorovesiaallot” tai “seismiset meriaallot”. Termi “vuorovesiaalto” on harhaanjohtava; vaikka tsunamin vaikutus rannikolla on riippuvainen vuorovesitasosta tsunamin iskiessä, tsunami ei liity vuorovesiin. (Vuorovesi syntyy kuun, auringon ja planeettojen painovoiman vaikutuksesta). Termi “seismiset meriaallot” on myös harhaanjohtava. “Seisminen” viittaa maanjäristykseen liittyvään syntymekanismiin, mutta tsunami voi johtua myös muusta kuin seismisestä tapahtumasta, kuten maanvyörystä tai meteoriitin iskeytymisestä.
Tsunamit sekoitetaan usein myös myrskytulviin, vaikka ne ovat aivan erilaisia ilmiöitä. Myrskytulva on rannikon merenpinnan nopea nousu, joka johtuu merkittävästä meteorologisesta tapahtumasta – nämä liittyvät usein trooppisiin pyörremyrskyihin.
Tsunamin fysiikka
Tsunamin aallonpituus voi olla 10-500 km ja aaltojakso jopa tunnin. Pitkien aallonpituuksiensa vuoksi tsunamit toimivat matalien vesien aaltoina. Aallosta tulee matalan veden aalto, kun aallonpituus on hyvin suuri verrattuna veden syvyyteen. Matalan veden aallot liikkuvat nopeudella c, joka riippuu veden syvyydestä ja saadaan kaavasta:
jossa g on painovoiman aiheuttama kiihtyvyys (= 9,8 m/s2) ja H on veden syvyys.
Syvällä valtameressä tyypillinen vesisyvyys on noin 4000 m, joten tsunami kulkee siis noin 200 m/s eli yli 700 km/h.
Vedenalaisten maanjäristysten synnyttämien tsunamien amplitudi määräytyy sen mukaan, kuinka paljon merenpohja siirtyy. Vastaavasti tsunamin aallonpituus ja kesto määräytyvät vedenalaisen häiriön koon ja muodon mukaan.
Suurten nopeuksien lisäksi tsunamit voivat kulkea myös pitkiä matkoja vähäisillä energiahäviöillä. Kun tsunami etenee valtameren halki, aallonharjoissa voi tapahtua taittumista (taivutusta), joka johtuu aallon osien liikkumisesta eri nopeuksilla, kun veden syvyys aallonharjalla vaihtelee.
Mitä tsunamille tapahtuu sen lähestyessä maata?
Kun tsunami lähtee avomeren syvistä vesistä ja siirtyy matalampaan veteen lähellä rannikkoa, se muuttuu. Jos olet lukenut kohdan “Tsunamin fysiikka”, tiedät, että tsunami kulkee nopeudella, joka on suhteessa veden syvyyteen – näin ollen veden syvyyden pienentyessä tsunami hidastuu. Tsunamin energiavirta, joka riippuu sekä aaltonopeudesta että aallonkorkeudesta, pysyy lähes vakiona. Näin ollen tsunamin nopeuden pienentyessä sen korkeus kasvaa. Tätä kutsutaan kahluuksi. Tämän shoaling-ilmiön vuoksi tsunami, joka ei ole havaittavissa merellä, voi kasvaa useita metrejä tai enemmän korkeaksi lähellä rannikkoa.
Tsunamin aallonkorkeuden kasvu sen tullessa matalaan veteen saadaan:
missä hs ja hd ovat aallonkorkeudet matalassa ja syvässä vedessä ja Hs ja Hd ovat matalan ja syvän veden syvyydet. Niinpä tsunamin, jonka korkeus on 1 m avomerellä, jossa veden syvyys on 4000 m, aallonkorkeus olisi 4-5 m 10 m syvyisessä vedessä.
Kuten muutkin vesiaallot, tsunamit alkavat menettää energiaa rantaan syöksyessään – osa aaltoenergiasta heijastuu avomerelle, kun taas rantaan päin etenevä aaltoenergia haihtuu pohjakitkan ja turbulenssin kautta. Näistä menetyksistä huolimatta tsunamit saavuttavat rannikon valtavan energiamäärän. Riippuen siitä, onko tsunamin ensimmäinen rannalle saapuva osa aallonharja vai kaukalo, se voi näkyä nopeasti nousevana tai laskevana vuorovetenä. Paikallinen batymetria voi myös aiheuttaa sen, että tsunami näkyy sarjana murtuvia aaltoja.
Tsunamilla on suuri eroosiopotentiaali, joka poistaa rannoilta hiekkaa, jonka kertyminen on saattanut kestää vuosia, ja heikentää puita ja muuta rannikon kasvillisuutta. Tyypillistä korkean vedenpinnan yläpuolella olevat vedet voivat tulvia satoja metrejä sisämaahan, ja hyökyaaltoon liittyvä nopeasti liikkuva vesi voi murskata koteja ja muita rannikkorakenteita. Tsunami voi saavuttaa suurimman pystysuoran korkeuden rannikolla merenpinnan yläpuolella, jota kutsutaan usein nousukorkeudeksi, kymmeniä metrejä.
Miten tsunamia mitataan tai havainnoidaan?
Syvällä valtameressä tsunamin amplitudi on pieni (alle 1 metri), mutta aallonpituus on hyvin pitkä (satoja kilometrejä). Tämä tarkoittaa, että aallon kaltevuus eli jyrkkyys on hyvin pieni, joten se on ihmissilmälle käytännössä huomaamaton. On kuitenkin olemassa merenhavainnointilaitteita, jotka pystyvät havaitsemaan tsunamit.
Tidemittarit
Tidemittarit mittaavat merenpinnan korkeutta, ja niitä käytetään ensisijaisesti vuorovesitasojen mittaamiseen. Suurin osa Bureau of Meteorologyn kansallisen vuorovesikeskuksen käyttämistä vuorovesimittareista on SEAFRAME-asemia (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). Ne koostuvat akustisesta anturista, joka on liitetty pystysuoraan putkeen, jonka alapää on auki ja joka on vedessä. Akustinen anturi lähettää äänipulssin, joka kulkee putken yläosasta alas veden pinnalle ja heijastuu sitten takaisin putkea ylöspäin. Etäisyys vedenpintaan voidaan sitten laskea pulssin kulkuajan avulla. Tämä järjestelmä suodattaa pienen mittakaavan vaikutukset, kuten tuuliaallot, ja sillä voidaan mitata merenpinnan muutoksia 1 mm:n tarkkuudella.
Kookos-saaren vuorovesimittari havaitsi tsunamin 26.12.2004, kun se kulki saaren ohi, kuten näissä joulukuussa tehdyissä havainnoissa näkyy.
Satelliitit
Satelliittikorkeusmittareilla mitataan merenpinnan korkeus suoraan sähkömagneettisia pulsseja käyttäen. Nämä lähetetään satelliitista merenpinnalle, ja merenpinnan korkeus voidaan määrittää tuntemalla pulssin nopeus, satelliitin sijainti ja mittaamalla aika, jonka pulssi kuluttaa palatessaan takaisin satelliittiin. Ongelmana tällaisissa satelliittitiedoissa on se, että ne voivat olla hyvin harvalukuisia – jotkin satelliitit kulkevat tietyn paikan yli vain noin kerran kuukaudessa, joten tsunamin havaitseminen olisi onnekasta, koska ne kulkevat niin nopeasti. Kuitenkin 26. joulukuuta 2004 tapahtuneen Intian valtameren tsunamin aikana Jason-satelliitin korkeusmittari sattui olemaan oikeassa paikassa oikeaan aikaan.
Alla olevassa kuvassa näkyy Jason-satelliitin mittaama merenpinnan korkeus (sinisellä) kaksi tuntia sen jälkeen, kun ensimmäinen maanjäristys oli iskenyt Sumatran kaakkoispuolella sijaitsevaan alueeseen (punaisella) 26. joulukuuta 2004. Tiedot on otettu satelliitissa olevalla tutkakorkeusmittarilla Intian valtameren poikki kulkevaa rataa pitkin, kun tsunamiaallot olivat juuri täyttäneet koko Bengalinlahden. Näytetyt tiedot ovat merenpinnan korkeuden eroja aiemmista havainnoista, jotka on tehty samaa rataa pitkin 20-30 päivää ennen maanjäristystä ja jotka osoittavat tsunamin signaaleja.
Kuvan tarjoaa NASA/JPL-Caltech
DART-järjestelmä
Vuonna 1995 Kansallinen valtameri- ja ilmakehähallinto (NOAA) aloitti syvän valtameren tsunamien arviointi- ja raportointijärjestelmän (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis, jäljempänä sanotaan ‘DART-järjestelmä’) kehittämisen. Tällä hetkellä Tyynellämerellä on käytössä joukko asemia. Nämä asemat antavat yksityiskohtaista tietoa tsunameista, kun ne ovat vielä kaukana rannikosta. Kukin asema koostuu merenpohjan painetallentimesta, joka havaitsee tsunamin kulun. (Vesipatsaan paine on yhteydessä merenpinnan korkeuteen) . Tiedot siirretään sitten kaikuluotaimen avulla pintapoijulle. Pintapoiju lähettää sitten tiedot satelliitin välityksellä Tyynenmeren tsunamivaroituskeskukselle (PTWC). Pohjapaineen tallennin kestää kaksi vuotta, kun taas pintapoiju vaihdetaan joka vuosi. Järjestelmä on parantanut huomattavasti Tyynenmeren tsunamien ennustamista ja varoittamista.
Intian valtameren tsunami 26.12.2004
Intian valtameressä 26.12.2004 tapahtunut merenalainen maanjäristys aiheutti tsunamin, joka aiheutti yhden modernin historian suurimmista luonnonkatastrofeista. Yli 200 000 ihmisen tiedetään menettäneen henkensä.
Aallot tuhosivat osia Indonesian, Sri Lankan, Intian, Thaimaan ja muiden maiden rannikoista, ja aaltojen raportoitiin olevan jopa 15 metrin korkuisia, ja ne ylsivät jopa Somaliaan Afrikan itärannikolla, 4500 kilometriä länteen epikentrumista. Aaltojen taittuminen ja diffraktio merkitsivät sitä, että tsunamin vaikutus havaittiin ympäri maailmaa, ja merenpinnan korkeuden seuranta-asemat esimerkiksi Brasiliassa ja Queenslandissa tunsivat myös tsunamin vaikutuksen.
Tämän animaation (10,4 Mt) ovat tuottaneet Bureau of Meteorologyn kansallisen vuorovesikeskuksen tutkijat. Numeerista mallia käytettiin toistamaan tsunamin syntymistä ja leviämistä, ja se näyttää, miten aallot etenivät ympäri maailman merialueita.
Järistys tapahtui noin kello 1.00 UTC (8.00 paikallista aikaa) Intian valtameressä Pohjois-Sumatran länsirannikon edustalla. Sen voimakkuus oli 9,0 Richterin asteikolla, ja se oli suurin sitten vuoden 1964 maanjäristyksen Alaskan edustalla ja yhtä suuri kuin neljänneksi suurin sitten vuoden 1900, jolloin tarkka maailmanlaajuinen seismografinen kirjanpito alkoi.
Järistyksen epikeskus sijaitsi noin 250 kilometriä Indonesian Banda Acehin kaupungista kaakkoon. Kyseessä oli harvinainen megatrusti maanjäristys, ja se tapahtui Intian ja Burman tektonisten laattojen rajapinnalla. Se johtui jännitysten purkautumisesta, jotka syntyvät, kun Intian mannerlaatta vajoaa ylimenevän Burman mannerlaatan alle. Maanjäristyksessä yksi mannerlaatta liukuu toisen mannerlaatan alle, mikä aiheuttaa mannerlaattojen pystysuuntaista liikettä. Tämä merenpohjan suuri pystysuora siirtymä synnytti tuhoisan tsunamin, joka aiheutti vahinkoa niin laajalla alueella Intian valtamerellä.
Maanjäristys oli myös maantieteellisesti epätavallisen suuri. Arviolta 1200 kilometrin pituinen ruhjelinja liukui noin 15 metriä subduktiovyöhykettä pitkin useiden minuuttien aikana. Koska järistyksen vaikutuspiirissä ollut 1200 km:n pituinen ruhjelinja oli lähes pohjois-etelä-suuntainen, aaltojen suurin voimakkuus oli itä-länsisuuntainen. Bangladeshissa, joka sijaitsee Bengalinlahden pohjoispäässä, oli hyvin vähän uhreja, vaikka se on runsasväestöinen matalalla sijaitseva maa.
Matkojen vuoksi tsunamin saapuminen eri rannikoille kesti vartista seitsemään tuntiin (Somaliassa). (Katso tämä matka-aikakartta). Indonesian Sumatran saaren pohjoiset alueet saivat osuman hyvin nopeasti, kun taas Sri Lanka ja Intian itärannikko saivat osuman noin kaksi tuntia myöhemmin. Myös Thaimaahan iskettiin noin kaksi tuntia myöhemmin, vaikka se sijaitsi lähempänä epikenttää, koska tsunami kulki hitaammin sen länsirannikon edustalla sijaitsevalla matalalla Andamaanienmerellä.
Saavuttuaan rannikolle tsunamin korkeus vaihteli suuresti riippuen sen etäisyydestä ja suunnasta epikenttään sekä muista tekijöistä, kuten paikallisesta batymetriasta. Raporttien mukaan korkeus vaihteli 2-3 metristä Afrikan rannikolla (Kenia) 10-15 metriin Sumatralla, joka oli lähimpänä epikenttää.