1. Ce este un tsunami?
2. Fizica unui tsunami
3. Ce se întâmplă cu un tsunami pe măsură ce se apropie de uscat?
4. Cum se măsoară sau se observă tsunami-urile?
5. Trimiteriile tsunami din Oceanul Indian din 26 decembrie 2004

Ce este un tsunami?

Un tsunami este o serie de valuri oceanice cu lungimi de undă foarte mari (de obicei sute de kilometri) provocate de perturbări la scară largă ale oceanului, cum ar fi:

• seisme
• alunecări de teren
• erupții vulcanice
• explozii
• meteorite

Aceste perturbări pot fi fie de jos (de ex.ex. cutremure subacvatice cu deplasări verticale mari, alunecări de teren submarine) sau de sus (ex. impacturi de meteoriți).

Tsunami este un cuvânt japonez cu traducere în limba engleză: “val de port”. În trecut, tsunami-urile au fost denumite “valuri de maree” sau “valuri seismice ale mării”. Termenul “val de maree” este înșelător; chiar dacă impactul unui tsunami asupra unui țărm depinde de nivelul mareelor în momentul în care acesta lovește, tsunami-urile nu au legătură cu mareele. (Mareele rezultă din influențele gravitaționale ale lunii, soarelui și planetelor). Termenul de “val de mare seismic” este, de asemenea, înșelător. “Seismic” implică un mecanism de generare legat de un cutremur, dar un tsunami poate fi cauzat și de un eveniment neseismic, cum ar fi o alunecare de teren sau un impact de meteorit.

Tsunami-urile sunt, de asemenea, adesea confundate cu valurile de furtună, chiar dacă sunt fenomene destul de diferite. Un val de furtună este o creștere rapidă a nivelului mării de coastă cauzată de un eveniment meteorologic semnificativ – acestea sunt adesea asociate cu ciclonii tropicali.

Fizica unui tsunami

Tsunami-urile pot avea lungimi de undă cuprinse între 10 și 500 km și perioade de undă de până la o oră. Ca urmare a lungimilor lor de undă mari, tsunami-urile acționează ca valuri de apă de mică adâncime. Un val devine un val de apă de mică adâncime atunci când lungimea de undă este foarte mare în comparație cu adâncimea apei. Valurile de apă de mică adâncime se deplasează cu o viteză, c, care depinde de adâncimea apei și este dată de formula:

unde g este accelerația datorată gravitației (= 9,8 m/s2) și H este adâncimea apei.

În oceanul de mare adâncime, adâncimea tipică a apei este de aproximativ 4000 m, astfel încât un tsunami se va deplasa, prin urmare, cu aproximativ 200 m/s, sau mai mult de 700 km/h.

Pentru tsunami-urile care sunt generate de cutremure subacvatice, amplitudinea tsunami-ului este determinată de cantitatea cu care este deplasat fundul mării. În mod similar, lungimea de undă și perioada tsunami-ului sunt determinate de mărimea și forma perturbației subacvatice.

Pe lângă faptul că se deplasează la viteze mari, tsunami-urile pot parcurge și distanțe mari cu pierderi de energie limitate. Pe măsură ce tsunami-ul se propagă prin ocean, crestele valurilor pot suferi refracție (îndoire), care este cauzată de segmentele de val care se deplasează cu viteze diferite, pe măsură ce variază adâncimea apei de-a lungul crestei valului.

Ce se întâmplă cu un tsunami pe măsură ce se apropie de uscat?

Pe măsură ce un tsunami părăsește apele adânci din largul oceanului și se deplasează în apele mai puțin adânci din apropierea coastei, acesta se transformă. Dacă ați citit secțiunea “Fizica unui tsunami”, veți ști că un tsunami se deplasează cu o viteză care este legată de adâncimea apei – prin urmare, pe măsură ce adâncimea apei scade, tsunami-ul încetinește. Fluxul de energie al tsunami-ului, care depinde atât de viteza valurilor, cât și de înălțimea valurilor, rămâne aproape constant. În consecință, pe măsură ce viteza tsunami-ului scade, înălțimea acestuia crește. Acest fenomen se numește shoaling. Din cauza acestui efect de shoaling, un tsunami care este imperceptibil în mare, poate ajunge să aibă o înălțime de câțiva metri sau mai mult în apropierea coastei.

Creșterea înălțimii valurilor tsunami-ului pe măsură ce intră în apele puțin adânci este dată de:

unde hs și hd sunt înălțimile valurilor în apele puțin adânci și adânci, iar Hs și Hd sunt adâncimile apelor puțin adânci și adânci. Astfel, un tsunami cu o înălțime de 1 m în largul oceanului, unde adâncimea apei este de 4000 m, ar avea o înălțime a valului de 4 până la 5 m în apa cu adâncimea de 10 m.

La fel ca și alte valuri de apă, tsunami-urile încep să piardă energie pe măsură ce se îndreaptă spre țărm – o parte din energia valurilor este reflectată în larg, în timp ce energia valurilor care se propagă spre țărm este disipată prin frecare pe fundul apei și turbulențe. În ciuda acestor pierderi, tsunami-urile ajung totuși pe coastă cu cantități enorme de energie. În funcție de faptul că prima parte a tsunami-ului care ajunge la țărm este o creastă sau o depresiune, acesta poate apărea ca o maree care crește sau scade rapid. Batimetria locală poate face, de asemenea, ca tsunami-ul să apară ca o serie de valuri care se sparg.

Tsunami-urile au un mare potențial de eroziune, dezbrăcând plajele de nisip care ar fi putut avea nevoie de ani de zile pentru a se acumula și subminând copacii și altă vegetație de coastă. Capabile să inunde, sau să inunde, sute de metri în interiorul uscatului, dincolo de nivelul tipic al apelor înalte, apa în mișcare rapidă asociată cu tsunami-ul inundator poate strivi casele și alte structuri de coastă. Tsunami-urile pot atinge o înălțime verticală maximă pe țărm deasupra nivelului mării, adesea numită înălțime de urcare, de zeci de metri.

Cum sunt măsurate sau observate tsunami-urile?

În adâncul oceanului, un tsunami are o amplitudine mică (mai puțin de 1 metru), dar o lungime de undă foarte mare (sute de kilometri). Acest lucru înseamnă că panta, sau abruptul valului este foarte mic, astfel încât este practic nedetectabil pentru ochiul uman. Cu toate acestea, există instrumente de observare a oceanelor care sunt capabile să detecteze tsunami.

Mareometre

Mareometrele măsoară înălțimea suprafeței mării și sunt utilizate în principal pentru a măsura nivelul mareelor. Cele mai multe dintre mareometrele operate de Centrul Național de Maree al Biroului de Meteorologie sunt stații SEAFRAME (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). Acestea constau dintr-un senzor acustic conectat la un tub vertical deschis la capătul inferior care se află în apă. Senzorul acustic emite un impuls sonor care se deplasează din partea superioară a tubului până la suprafața apei, fiind apoi reflectat înapoi în tub. Distanța până la nivelul apei poate fi apoi calculată folosind timpul de deplasare al impulsului. Acest sistem filtrează efectele la scară mică, cum ar fi undele de vânt, și are capacitatea de a măsura schimbările nivelului mării cu o precizie de 1 mm.

Mareometrul din Insula Cocos a observat tsunami-ul din 26 decembrie 2004 când acesta a trecut pe lângă insulă, așa cum se arată în aceste observații făcute în cursul lunii decembrie.

Sateliți

Altimetrele satelitare măsoară înălțimea suprafeței oceanului în mod direct prin utilizarea de impulsuri electromagnetice. Acestea sunt trimise de la satelit la suprafața oceanului, iar înălțimea suprafeței oceanului poate fi determinată prin cunoașterea vitezei impulsului, a locației satelitului și prin măsurarea timpului în care impulsul se întoarce la satelit. O problemă cu acest tip de date din satelit este că pot fi foarte rare – unii sateliți trec deasupra unei anumite locații doar o dată pe lună, astfel încât ați fi norocoși dacă ați observa un tsunami, deoarece acestea se deplasează atât de repede. Cu toate acestea, în timpul tsunami-ului din Oceanul Indian din 26 decembrie 2004, s-a întâmplat ca altimetrul satelitului Jason să se afle în locul potrivit la momentul potrivit.

Imaginea de mai jos arată înălțimea suprafeței mării (în albastru) măsurată de satelitul Jason la două ore după ce cutremurul inițial a lovit regiunea de sud-est a Sumatrei (reprezentată în roșu) pe 26 decembrie 2004. Datele au fost preluate de un altimetru radar aflat la bordul satelitului de-a lungul unei traiectorii care traversează Oceanul Indian, când valurile tsunami tocmai umpluseră întregul Golf al Bengalului. Datele prezentate reprezintă diferențele de înălțime a suprafeței mării față de observațiile anterioare efectuate de-a lungul aceleiași traiectorii cu 20-30 de zile înainte de cutremur, arătând semnalele tsunami-ului.

Imagine realizată prin amabilitatea NASA/JPL-Caltech

Sistemul DART

În 1995, Administrația Națională Oceanică și Atmosferică (NOAA) a început să dezvolte sistemul DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis). În prezent, o serie de stații este desfășurată în Oceanul Pacific. Aceste stații oferă informații detaliate despre tsunami-uri în timp ce acestea se află încă departe de țărm. Fiecare stație este formată dintr-un înregistrator de presiune pe fundul mării care detectează trecerea unui tsunami. (Presiunea din coloana de apă este legată de înălțimea suprafeței mării) . Datele sunt apoi transmise la o baliză de suprafață prin intermediul unui sonar. Baliza de suprafață transmite apoi prin radio informațiile către Centrul de alertă pentru tsunami din Pacific (Pacific Tsunami Warning Center – PTWC) prin satelit. Aparatul de înregistrare a presiunii de fund are o durată de viață de doi ani, în timp ce baliza de suprafață este înlocuită în fiecare an. Sistemul a îmbunătățit considerabil prognoza și avertizarea tsunami-urilor din Pacific.

Tunamiul din Oceanul Indian din 26 decembrie 2004

Un cutremur submarin în Oceanul Indian din 26 decembrie 2004 a produs un tsunami care a provocat unul dintre cele mai mari dezastre naturale din istoria modernă. Se știe că peste 200.000 de oameni și-au pierdut viața.

Volele au devastat țărmurile unor părți din Indonezia, Sri Lanka, India, Thailanda și alte țări, fiind raportate valuri de până la 15 m înălțime, care au ajuns până în Somalia, pe coasta de est a Africii, la 4500 km vest de epicentru. Refracția și difracția valurilor au făcut ca impactul tsunami-ului să fie observat în întreaga lume, iar stațiile de monitorizare a nivelului mării din locuri precum Brazilia și Queensland au resimțit, de asemenea, efectul tsunami-ului.

Această animație (10,4Mb) a fost produsă de oamenii de știință din cadrul Centrului Național de Maree al Biroului de Meteorologie. Un model numeric a fost folosit pentru a reproduce generarea și propagarea tsunami-ului și arată modul în care valurile s-au propagat în jurul bazinelor oceanice ale lumii.

Tremurul a avut loc în jurul orei 01:00 UTC (08:00 ora locală) în Oceanul Indian, în largul coastei vestice a nordului Sumatrei. Cu o magnitudine de 9,0 grade pe scara Richter, a fost cel mai mare cutremur de la cel din 1964 din largul Alaskăi și egal al patrulea cel mai mare din 1900, când a început înregistrarea seismografică globală precisă.

Epicentrul cutremurului a fost localizat la aproximativ 250 km sud-sud-est de orașul indonezian Banda Aceh. A fost un cutremur megathrust rar și a avut loc la interfața dintre plăcile tectonice India și Burma. Acesta a fost cauzat de eliberarea de tensiuni care se dezvoltă pe măsură ce placa indiană se subduce sub placa Burma, care se află deasupra. Un cutremur megathrust se produce atunci când o placă tectonică alunecă sub o alta, provocând o mișcare verticală a plăcilor. Această mare deplasare verticală a fundului mării a generat un tsunami devastator, care a provocat pagube pe o suprafață atât de mare în jurul Oceanului Indian.

Seismul a fost, de asemenea, neobișnuit de mare din punct de vedere geografic. Se estimează că 1200 km de falii au alunecat aproximativ 15 m de-a lungul zonei de subducție într-o perioadă de câteva minute. Deoarece cei 1.200 km de falie afectați de cutremur au avut o orientare aproape nord-sud, cea mai mare putere a valurilor a fost în direcția est-vest. Bangladesh, care se află la capătul nordic al Golfului Bengal, a avut foarte puține victime, în ciuda faptului că este o țară populată de joasă altitudine.

Datorită distanțelor implicate, tsunami-ul a avut nevoie de la cincisprezece minute până la șapte ore (pentru Somalia) pentru a ajunge pe diferitele coaste. (Vezi această hartă a timpului de deplasare). Regiunile nordice ale insulei indoneziene Sumatra au fost lovite foarte repede, în timp ce Sri Lanka și coasta de est a Indiei au fost lovite aproximativ două ore mai târziu. Thailanda a fost, de asemenea, lovită cu aproximativ două ore mai târziu, în ciuda faptului că se afla mai aproape de epicentru, deoarece tsunami-ul s-a deplasat mai încet în Marea Andaman, de mică adâncime, în largul coastei sale vestice.

La sosirea sa pe țărm, înălțimea tsunami-ului a variat foarte mult, în funcție de distanța și direcția față de epicentru și de alți factori, cum ar fi batimetria locală. Conform rapoartelor, înălțimea variază de la 2-3 m pe coasta africană (Kenya) până la 10-15 m în Sumatra, regiunea cea mai apropiată de epicentru.