- Mi a cunami?
- A cunami fizikája
- Mi történik a cunamival, amikor a szárazföldhöz közeledik?
- Hogyan mérik vagy figyelik a cunamikat?
- A 2004. december 26-i indiai-óceáni cunami
Mi a cunami?
A cunami nagyon hosszú hullámhosszú (jellemzően több száz kilométeres) óceáni hullámok sorozata, amelyet az óceán nagyméretű zavarai okoznak, mint például:
- földrengések
- földcsuszamlások
- vulkánkitörések
- robbanások
- meteoritok
Ezek a zavarok lehetnek alulról jövő (pl.pl. nagy függőleges elmozdulással járó víz alatti földrengések, tenger alatti földcsuszamlások) vagy felülről (pl. meteoritbecsapódások).
A szökőár egy japán szó, amelynek angol fordítása: “kikötői hullám”. A múltban a cunamikat “árapályhullámoknak” vagy “szeizmikus tengeri hullámoknak” nevezték. Az “árapályhullám” kifejezés félrevezető; bár a cunami hatása a partvidékre a cunami lecsapódásának idején az árapály szintjétől függ, a cunami nem függ az árapályoktól. (Az árapály a Hold, a Nap és a bolygók gravitációs hatásának eredménye.) A “szeizmikus tengeri hullám” kifejezés is félrevezető. A “szeizmikus” földrengéssel kapcsolatos keletkezési mechanizmust feltételez, de cunamit okozhat nem szeizmikus esemény is, például földcsuszamlás vagy meteoritbecsapódás.
A cunamikat gyakran összekeverik a viharhullámokkal is, holott ezek teljesen különböző jelenségek. A viharhullám a part menti tengerszint gyors emelkedése, amelyet egy jelentős meteorológiai esemény okoz – ezek gyakran trópusi ciklonokhoz kapcsolódnak.
A cunami fizikája
A cunamik hullámhossza 10 és 500 km között lehet, hullámperiódusa pedig akár egy óra is lehet. Hosszú hullámhosszuk miatt a cunamik sekélyvízi hullámokként viselkednek. Egy hullám akkor válik sekélyvízi hullámmá, ha a hullámhossza a vízmélységhez képest nagyon nagy. A sekélyvízi hullámok a vízmélységtől függő c sebességgel mozognak, amelyet a következő képlet ad meg:
ahol g a gravitáció okozta gyorsulás (= 9,8 m/s2) és H a víz mélysége.
A mély óceánban a tipikus vízmélység körülbelül 4000 m, így a cunami ezért körülbelül 200 m/s, azaz több mint 700 km/h sebességgel halad.
A víz alatti földrengések által keltett cunamik esetében a cunami amplitúdóját a tengerfenék elmozdulásának mértéke határozza meg. Hasonlóképpen, a cunami hullámhosszát és periódusát a víz alatti zavarás mérete és alakja határozza meg.
A nagy sebességgel terjedő cunami mellett a cunami nagy távolságokat is képes megtenni korlátozott energiaveszteségek mellett. Ahogy a cunami terjed az óceánon, a hullámcsúcsok törésen (elhajláson) mehetnek keresztül, amit a hullám különböző sebességgel mozgó szegmensei okoznak, mivel a hullámcsúcs mentén a vízmélység változik.
Mi történik a cunamival, amikor a szárazföldhöz közeledik?
Amint a cunami elhagyja a nyílt óceán mély vizét, és a parthoz közeli sekélyebb vízbe jut, átalakul. Ha elolvastad a “A cunami fizikája” című részt, akkor tudod, hogy a cunami a vízmélységgel függő sebességgel halad – ezért a vízmélység csökkenésével a cunami lelassul. A cunami energiaáramlása, amely a hullámsebességtől és a hullámmagasságtól is függ, közel állandó marad. Következésképpen, ahogy a cunami sebessége csökken, úgy nő a magassága. Ezt nevezzük hullámtörésnek. E lapátoló hatás miatt a tengeren észrevehetetlen cunami a part közelében több méteres vagy még nagyobb magasságúra nőhet.
A cunami hullámmagasságának növekedése a sekély vízbe való belépéskor a következő:
ahol hs és hd a hullámmagasságok a sekély és mély vízben, Hs és Hd pedig a sekély és mély víz mélysége. Tehát egy 1 m magas cunami a nyílt óceánban, ahol a vízmélység 4000 m, a 10 m mélységű vízben 4-5 m hullámmagasságú lenne.
A többi vízi hullámhoz hasonlóan a cunami is elkezd energiát veszíteni, ahogy a partra rohan – a hullámenergia egy része visszaverődik a parton, míg a part felé terjedő hullámenergia a feneksúrlódás és a turbulencia révén eloszlik. E veszteségek ellenére a cunamik még mindig hatalmas energiával érik el a partokat. Attól függően, hogy a cunami első partot elérő része egy hullámhegy vagy egy hullámvölgy, gyorsan emelkedő vagy csökkenő árhullámként jelenik meg. A helyi bathymetria miatt a szökőár hullámok sorozataként is megjelenhet.
A szökőár nagy eróziós potenciállal rendelkezik, amely a partokat megfosztja az évek alatt felhalmozódott homoktól, és aláássa a fákat és más part menti növényzetet. Képesek több száz méterrel beljebb elönteni, vagy elárasztani a szárazföldet, mint a szokásos magas vízszint, a gyorsan mozgó víz, amely az elöntő cunamihoz kapcsolódik, összezúzhatja az otthonokat és más part menti építményeket. A cunami a parton a tengerszint feletti maximális függőleges magasságot, amelyet gyakran felfutási magasságnak neveznek, több tíz méteres magasságot is elérhet.
Hogyan mérik vagy figyelik a cunamikat?
Az óceán mélyén a cunami amplitúdója kicsi (kevesebb mint 1 méter), de hullámhossza nagyon hosszú (több száz kilométer). Ez azt jelenti, hogy a hullám lejtése, vagy meredeksége nagyon kicsi, így emberi szemmel gyakorlatilag nem észlelhető. Vannak azonban olyan óceánmegfigyelő műszerek, amelyek képesek észlelni a cunamikat.
Pályamérők
A pályamérők a tenger felszínének magasságát mérik, és elsősorban az árapályszintek mérésére szolgálnak. A Meteorológiai Hivatal Nemzeti Dagályközpontja által üzemeltetett árapálymérők többsége SEAFRAME-állomás (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). Ezek egy akusztikus érzékelőből állnak, amely egy függőleges, alsó végén nyitott csőhöz csatlakozik, amely a vízben van. Az akusztikus érzékelő hangimpulzust bocsát ki, amely a cső tetejéről lefelé halad a vízfelszínre, majd visszaverődik a csőben. A vízszint távolsága ezután az impulzus terjedési ideje alapján kiszámítható. Ez a rendszer kiszűri a kisméretű hatásokat, például a szélhullámokat, és 1 mm-es pontossággal képes mérni a tengerszint változását.
A Cocos-szigeti árapálymérő 2004. december 26-án megfigyelte a cunamit, amikor az elhaladt a sziget mellett, amint azt ezek a december folyamán készült megfigyelések mutatják.
Satellitek
A műholdas magasságmérők elektromágneses impulzusok segítségével közvetlenül mérik az óceán felszínének magasságát. Ezeket a műholdról küldik le az óceán felszínére, és az óceán felszínének magassága az impulzus sebességének és a műhold helyzetének ismeretében, valamint az impulzusnak a műholdhoz való visszatérési idejének mérésével határozható meg. Az ilyen típusú műholdas adatokkal az a probléma, hogy nagyon ritkák lehetnek – egyes műholdak csak havonta egyszer haladnak el egy adott hely felett, így szerencsés lenne észrevenni egy cunamit, mivel olyan gyorsan terjednek. A 2004. december 26-i indiai-óceáni cunami idején azonban a Jason műhold magasságmérője történetesen a megfelelő helyen volt a megfelelő időben.
A lenti képen a Jason műhold által mért tengerszint feletti magasság (kékkel) látható, két órával azután, hogy 2004. december 26-án az első földrengés elérte a Szumátrától délkeletre fekvő területet (piros színnel). Az adatokat a műhold fedélzetén lévő radaros magasságmérővel vették fel az Indiai-óceánt átszelő pálya mentén, amikor a cunami hullámai éppen betöltötték az egész Bengáli-öblöt. Az ábrázolt adatok a tengerfelszín magasságának különbségeit mutatják a földrengés előtt 20-30 nappal ugyanezen a pályán végzett korábbi megfigyelésekhez képest, amelyek a cunami jeleit mutatják.
A kép a NASA/JPL-Caltech jóvoltából
A DART rendszer
1995-ben a Nemzeti Óceán- és Légkörkutató Hivatal (NOAA) megkezdte a DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunami) rendszer kifejlesztését. Jelenleg a Csendes-óceánban egy sor állomást telepítettek. Ezek az állomások részletes információkat szolgáltatnak a cunamikról, amíg azok még messze vannak a parttól. Minden állomás egy tengerfenék-nyomásmérőből áll, amely érzékeli a cunami áthaladását. (A vízoszlop nyomása a tengerfelszín magasságával függ össze) . Az adatokat ezután szonáron keresztül továbbítják egy felszíni bójára. A felszíni bója aztán műholdon keresztül továbbítja az információt a Csendes-óceáni Cunami Figyelmeztető Központnak (PTWC). A fenéknyomás-felvevő két évig működik, míg a felszíni bóját évente cserélik. A rendszer jelentősen javította a Csendes-óceáni cunamik előrejelzését és figyelmeztetését.
A 2004. december 26-i indiai-óceáni cunami
2004. december 26-án egy tenger alatti földrengés az Indiai-óceánon cunamit okozott, amely a modern történelem egyik legnagyobb természeti katasztrófáját okozta. Több mint 200 000 ember vesztette életét.
A hullámok Indonézia, Srí Lanka, India, Thaiföld és más országok egyes részeinek partjait pusztították el, a jelentések szerint a hullámok akár 15 méter magasak is lehettek, és egészen az epicentrumtól 4500 km-re nyugatra, Afrika keleti partján fekvő Szomáliáig értek. A hullámok megtörése és diffrakciója azt jelentette, hogy a szökőár hatását az egész világon észlelték, és a tengerszintet figyelő állomások olyan helyeken is érezték a szökőár hatását, mint Brazília és Queensland.
Ezt az animációt (10,4 Mb) a Meteorológiai Hivatal Nemzeti Szökőárközpontjának tudósai készítették. Egy numerikus modellt használtak a cunami keletkezésének és terjedésének reprodukálásához, és megmutatja, hogyan terjedtek a hullámok a világ óceáni medencéiben.
A földrengés UTC 1 óra körül (helyi idő szerint 8 órakor) történt az Indiai-óceánban, Észak-Szumátra nyugati partjainál. A Richter-skála szerinti 9,0-es erősségével ez volt a legnagyobb az 1964-es alaszkai földrengés óta, és a negyedik legnagyobb 1900 óta, amikor a pontos globális szeizmográfiai nyilvántartás megkezdődött.
A földrengés epicentruma az indonéziai Banda Aceh városától mintegy 250 km-re dél-délkeletre volt. Ritka megatörés volt, és az indiai és a burmai tektonikus lemezek határán történt. Ezt a feszültségek felszabadulása okozta, amelyek akkor keletkeznek, amikor az India-lemez a Burma-lemez alá süllyed. Megatöréses földrengésről akkor beszélünk, amikor az egyik tektonikus lemez a másik alá csúszik, ami a lemezek függőleges mozgását okozza. A tengerfenéknek ez a nagy függőleges elmozdulása okozta a pusztító cunamit, amely az Indiai-óceán körül ilyen nagy területen okozott károkat.
A földrengés földrajzi kiterjedésében is szokatlanul nagy volt. Becslések szerint 1200 km törésvonal mintegy 15 m-t csúszott el a szubdukciós zóna mentén néhány perc alatt. Mivel a rengés által érintett 1200 km törésvonal közel észak-déli irányú volt, a hullámok legnagyobb ereje kelet-nyugati irányban volt. A Bengáli-öböl északi végén fekvő Bangladesnek nagyon kevés áldozata volt, annak ellenére, hogy népes, alacsonyan fekvő ország.
A távolságok miatt a cunami tizenöt perc és hét óra között (Szomália esetében) érte el a különböző partvidékeket. (Lásd ezt az utazási időtérképet). Az indonéziai Szumátra szigetének északi régióit nagyon gyorsan érte a szökőár, míg Srí Lankát és India keleti partvidékét nagyjából két órával később. Thaiföldet is körülbelül két órával később érte a szökőár, annak ellenére, hogy közelebb volt az epicentrumhoz, mivel a cunami lassabban haladt a nyugati partjainál lévő sekély Andamán-tengeren.
A partra érkezéskor a szökőár magassága nagyban változott, az epicentrumtól való távolságtól és iránytól, valamint más tényezőktől, például a helyi batymetriától függően. A jelentések szerint a magasság az afrikai partoknál (Kenya) 2-3 métertől 10-15 méterig terjedt Szumátrán, az epicentrumhoz legközelebb eső régióban.