- Vad är en tsunami?
- Fysiken bakom en tsunami
- Vad händer med en tsunami när den närmar sig land?
- Hur mäts eller observeras tsunamier?
- Tsunamin i Indiska oceanen den 26 december 2004
Vad är en tsunami?
En tsunami är en serie havsvågor med mycket långa våglängder (vanligtvis hundratals kilometer) som orsakas av storskaliga störningar i havet, till exempel:
- jordbävningar
- jordskred
- vulkanutbrott
- explosioner
- meteoriter
Dessa störningar kan antingen komma underifrån (t.ex.t.ex. undervattensjordbävningar med stora vertikala förskjutningar, undervattensjordskred) eller ovanifrån (t.ex. meteoritnedslag).
Tsunami är ett japanskt ord med den engelska översättningen: “hamnvåg”. Tidigare har tsunamis kallats “tidvattenvågor” eller “seismiska havsvågor”. Termen “tidvattenvåg” är missvisande; även om en tsunamis inverkan på en kustlinje är beroende av tidvattennivån vid den tidpunkt då tsunamin slår till, har tsunamis inget samband med tidvattnet. (Tidvatten är ett resultat av månens, solens och planeternas gravitationsinflytande). Termen “seismisk havsvåg” är också missvisande. “Seismisk” antyder en jordbävningsrelaterad genereringsmekanism, men en tsunami kan också orsakas av en icke-seismisk händelse, t.ex. ett jordskred eller meteoritnedslag.
Tsunamis förväxlas också ofta med stormfloder, trots att de är helt olika fenomen. En stormflod är en snabb höjning av havsnivån vid kusten som orsakas av en betydande meteorologisk händelse – dessa är ofta förknippade med tropiska cykloner.
Tsunamins fysik
Tsunamis kan ha våglängder på mellan 10 och 500 km och vågperioder på upp till en timme. På grund av sina långa våglängder fungerar tsunamis som grunda vattenvågor. En våg blir en grundvattenvåg när våglängden är mycket stor jämfört med vattendjupet. Gruntvattenvågor rör sig med en hastighet, c, som är beroende av vattendjupet och ges av formeln:
där g är gravitationsaccelerationen (= 9,8 m/s2) och H är vattendjupet.
I djuphavet är det typiska vattendjupet cirka 4 000 m, så en tsunami kommer därför att färdas med cirka 200 m/s, eller mer än 700 km/h.
För tsunamis som genereras av undervattensjordbävningar bestäms tsunamins amplitud av hur mycket havsbotten förskjuts. På samma sätt bestäms tsunamins våglängd och period av storleken och formen på undervattensstörningen.
Som att färdas med höga hastigheter kan tsunamis också färdas långa sträckor med begränsade energiförluster. När tsunamin sprider sig över havet kan vågkammarna genomgå refraktion (böjning), vilket orsakas av att segment av vågen rör sig med olika hastigheter när vattendjupet längs vågkammen varierar.
Vad händer med en tsunami när den närmar sig land?
När en tsunami lämnar det djupa vattnet i det öppna havet och färdas in i det grundare vattnet nära kusten omvandlas den. Om du har läst avsnittet “Tsunamins fysik” vet du att en tsunami färdas med en hastighet som är relaterad till vattendjupet – när vattendjupet minskar blir tsunamin långsammare. Tsunamins energiflöde, som är beroende av både våghastighet och våghöjd, förblir nästan konstant. Följaktligen ökar våghöjden i takt med att tsunamin minskar i hastighet. Detta kallas för skottbildning. På grund av denna shoaling-effekt kan en tsunami som är omärklig till havs växa till att bli flera meter eller mer hög nära kusten.
Ökningen av tsunamins våghöjd när den kommer in i grunt vatten ges av:
där hs och hd är våghöjder i grunt och djupt vatten och Hs och Hd är djupet av det grunda och djupa vattnet. Så en tsunami med en höjd på 1 m i det öppna havet där vattendjupet är 4 000 m skulle ha en våghöjd på 4 till 5 m i vatten med ett djup på 10 m.
Som andra vattenvågor börjar tsunamis förlora energi när de rusar in mot land – en del av vågenergin reflekteras till havs, medan den vågenergi som sprider sig in mot kusten förbrukas genom friktion och turbulens i botten. Trots dessa förluster når tsunamis fortfarande kusten med enorma mängder energi. Beroende på om den första delen av tsunamin som når kusten är en topp eller en dal kan den uppträda som ett snabbt stigande eller fallande tidvatten. Den lokala batymetrin kan också leda till att tsunamin uppträder som en serie brytande vågor.
Tsunamis har en stor erosionspotential och berövar stränderna på sand som det kan ha tagit åratal att ackumulera och underminerar träd och annan kustvegetation. Tsunamin kan översvämma hundratals meter inåt landet bortom den typiska högvattennivån, och det snabbt rörliga vattnet i samband med en tsunami kan krossa hus och andra kuststrukturer. Tsunamis kan nå en maximal vertikal höjd på land ovanför havsytan, ofta kallad uppgångshöjd, på tiotals meter.
Hur mäts eller observeras tsunamis?
I det djupa havet har en tsunami en liten amplitud (mindre än 1 meter) men en mycket lång våglängd (hundratals kilometer). Detta innebär att vågens lutning, eller branthet, är mycket liten, så den är praktiskt taget omöjlig att upptäcka för det mänskliga ögat. Det finns dock instrument för havsobservation som kan upptäcka tsunamis.
Tidmätare
Tidmätare mäter höjden på havsytan och används främst för att mäta tidvattennivåer. De flesta av de tidvattenmätare som drivs av Bureau of Meteorology’s National Tidal Centre är SEAFRAME-stationer (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). Dessa består av en akustisk sensor som är ansluten till ett vertikalt rör som är öppet i den nedre änden och som befinner sig i vattnet. Den akustiska sensorn sänder ut en ljudpuls som färdas från toppen av röret ner till vattenytan och sedan reflekteras tillbaka upp i röret. Avståndet till vattennivån kan sedan beräknas med hjälp av pulsens restid. Detta system filtrerar bort småskaliga effekter som vindvågor och har kapacitet att mäta havsnivåförändringar med en noggrannhet på 1 mm.
Tidvattenmätaren på Cocos Island observerade tsunamin den 26 december 2004 när den passerade förbi ön, vilket framgår av dessa observationer gjorda under december.
Satelliter
Satellithöjdmätare mäter höjden på havsytan direkt genom användning av elektromagnetiska pulser. Dessa sänds ner till havsytan från satelliten och havsytans höjd kan bestämmas genom att känna till pulshastigheten, satellitens position och genom att mäta den tid som pulsen tar för att återvända till satelliten. Ett problem med den här typen av satellitdata är att de kan vara mycket sparsamma – vissa satelliter passerar bara över en viss plats ungefär en gång i månaden, så man kan ha tur om man ser en tsunami eftersom de färdas så snabbt. Under tsunamin i Indiska oceanen den 26 december 2004 råkade dock Jason-satellitens höjdmätare befinna sig på rätt plats vid rätt tidpunkt.
Bilden nedan visar höjden på havsytan (i blått) uppmätt av Jason-satelliten två timmar efter det att den första jordbävningen drabbade regionen sydost om Sumatra (visas i rött) den 26 december 2004. Uppgifterna togs av en radarhöjdmätare ombord på satelliten längs en bana genom Indiska oceanen när tsunamivågorna just hade fyllt hela Bengaliska viken. De data som visas är skillnaderna i havsytans höjd från tidigare observationer som gjorts längs samma spår 20-30 dagar före jordbävningen, vilket visar tsunamins signaler.
Bild med tillstånd av NASA/JPL-Caltech
DART-systemet
Under 1995 började National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) att utveckla Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART)-systemet. En rad stationer är för närvarande utplacerade i Stilla havet. Dessa stationer ger detaljerad information om tsunamis medan de fortfarande befinner sig långt utanför kusten. Varje station består av en tryckregistrerare på havsbotten som registrerar när en tsunami passerar. (Trycket i vattenpelaren är relaterat till höjden på havsytan) . Uppgifterna överförs sedan via sonar till en ytboj. Ytbojen sänder sedan informationen via satellit till Pacific Tsunami Warning Center (PTWC). Bottentrycksregistreraren håller i två år medan ytbojen byts ut varje år. Systemet har avsevärt förbättrat prognostiseringen och varningen för tsunamis i Stilla havet.
Tsunamin i Indiska oceanen den 26 december 2004
En undervattensjordbävning i Indiska oceanen den 26 december 2004 gav upphov till en tsunami som orsakade en av de största naturkatastroferna i modern historia. Mer än 200 000 människor har enligt uppgift mist livet.
Vågorna ödelade kusterna i delar av Indonesien, Sri Lanka, Indien, Thailand och andra länder med vågor som rapporterades vara upp till 15 meter höga och nådde så långt som till Somalia på Afrikas östkust, 4500 km väster om epicentrumet. Vågornas refraktion och diffraktion innebar att tsunamins effekter märktes runt om i världen, och mätstationer för havsnivåövervakning på platser som Brasilien och Queensland kände också av effekterna av tsunamin.
Denna animation (10,4 Mb) producerades av forskare vid Bureau of Meteorology’s National Tidal Centre. En numerisk modell användes för att replikera tsunamins uppkomst och utbredning och den visar hur vågorna spred sig runt världens havsbassänger.
Det inträffade en jordbävning omkring kl. 01.00 UTC (kl. 08.00 lokal tid) i Indiska oceanen utanför norra Sumatras västkust. Med en magnitud på 9,0 på Richterskalan var den den största sedan jordbävningen utanför Alaska 1964 och lika stor som den fjärde största sedan 1900, då noggrann global seismografisk registrering började.
Epicentrum för jordbävningen låg cirka 250 km sydsydost om den indonesiska staden Banda Aceh. Det var en sällsynt megathrustjordbävning och inträffade på gränssnittet mellan de indiska och burmesiska tektoniska plattorna. Detta orsakades av att spänningar frigjordes som uppstår när den indiska plattan subduceras under den överordnade Burmaplattan. En megathrustjordbävning inträffar när en tektonisk platta glider under en annan, vilket orsakar vertikala rörelser mellan plattorna. Denna stora vertikala förskjutning av havsbotten gav upphov till den förödande tsunamin, som orsakade skador i ett så stort område runt Indiska oceanen.
Den jordbävningen var också ovanligt stor till sin geografiska utbredning. Uppskattningsvis 1200 km förkastningslinje gled omkring 15 m längs subduktionszonen under en period av flera minuter. Eftersom de 1 200 km förkastningslinje som påverkades av skalvet låg i nästan nord-sydlig riktning, var vågornas största styrka i öst-västlig riktning. Bangladesh, som ligger i norra änden av Bengaliska viken, hade mycket få dödsoffer trots att det är ett folkrikt låglänt land.
På grund av avstånden tog tsunamin allt från femton minuter till sju timmar (för Somalia) att nå de olika kusterna. (Se denna karta över restid). De norra delarna av den indonesiska ön Sumatra drabbades mycket snabbt, medan Sri Lanka och Indiens östkust drabbades ungefär två timmar senare. Thailand drabbades också ungefär två timmar senare, trots att det låg närmare epicentrumet, eftersom tsunamin färdades långsammare i det grunda Andamansjön utanför landets västkust.
När tsunamin anlände till kusten varierade tsunamins höjd kraftigt, beroende på avståndet och riktningen från epicentrumet och andra faktorer, t.ex. den lokala bathymetrin. Enligt rapporterna varierade höjden mellan 2-3 meter vid den afrikanska kusten (Kenya) och 10-15 meter vid Sumatra, den region som ligger närmast epicentrumet.