2007年12月17日 星期一

海嘯a

海嘯是如何形成的?」

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海嘯的殺傷力可大可小!也可說是很恐怖!


大可大到像上次一樣,害好幾十萬人家破人亡!


  海嘯是一種災難性的海浪,通常由震源在海底下50千米以內、裡氏震級6.5以上的海底地震引起。


水下或沿岸山崩或火山爆發也可能引起海嘯。在一次震動之後,震盪波在海面上以不斷擴大的圓圈,傳播到很遠的距離,正像卵石掉進淺池裡產生的波一樣。海嘯波長比海洋的最大深度還要大,軌道運動在海底附近也沒受多大阻滯,不管海洋深度如何,波都可以傳播過去。








海嘯是一種具有強大破壞力的海浪。這種波浪運動引發的狂濤駭浪,洶湧澎湃,它捲起的海濤,波高可達數十米。這種「水牆」內含極大的能量,衝上陸地後所向披靡,往往造成對生命和財產的嚴重摧殘。智利大海嘯形成的波濤,移動了上萬公里仍不減雄風,足見它的巨大威力。
  海嘯的起因
  海嘯是一種災難性的海浪,通常由震源在海底下50千米以內、裡氏震級6.5以上的海底地震引起。水下或沿岸山崩或火山爆發也可能引起海嘯。在一次震動之後,震盪波在海面上以不斷擴大的圓圈,傳播到很遠的距離,正像卵石掉進淺池裡產生的波一樣。海嘯波長比海洋的最大深度還要大,軌道運動在海底附近也沒受多大阻滯,不管海洋深度如何,波都可以傳播過去。
  怒吼的巨浪
  根據現代板塊結構學說的觀點,智利是太平洋板塊與南美洲板塊相互碰撞的俯衝地帶,處在環太平洋火山活動帶上。這種特殊的地質結構,造成了智利處於極不穩定的地表之上。自古以來,這裡火山不斷噴發,地震連連發生,海嘯頻頻出現,災難時常降臨。1960年5月21日凌晨開始,在智利的蒙特港附近海底,突然發生了世界地震史上罕見的強烈地震。大小地震一直持續到6月23日,在前後1個多月的時間內,先後發生了225次不同震級的地震。震級在7級以上的有十幾次之多,其中震級大於8級的有3次。
  海嘯的危害
  劇烈震動之後不久,巨浪呼嘯,以催枯拉朽之勢,越過海岸線,越過田野,迅猛地襲擊著岸邊的城市和村莊,瞬時人們都消失在巨浪中。港口所有設施,被震塌的建築物,在狂濤的洗劫下,被席捲一空。事後,海灘上一片狼藉,到處是殘木破板和人畜屍體。
  地震海嘯給人類帶來的災難是十分巨大的。目前,人類對地震、火山、海嘯等突如其來的災變,只能通過預測、觀察來預防或減少它們所造成的損失,但還不能控制它們的發生。
  
  特大海嘯是如何形成的?
  1998年7月17日,巴布亞新幾內亞太平洋海岸發生的海嘯奪取了2200人的生命。這場災難以過去一年多了,但這次海嘯究竟是什麼原因引起的,在科學界至今尚有爭論。
  研究地震波的專家一般都認為海嘯是由海底地震引起的。但是在新幾內亞海邊作海底測量的考察隊都提出,是海底滑坡塌方引起的。
  考察隊成員、應用流體力學專家菲利普·瓦特曾用計算來模擬海嘯的情況。他認為,許多已發生過的較大海嘯都與海底塌方有關。
  在這次海嘯中,一連串有三個可怕的巨浪撞擊著巴布亞新幾內亞的北海岸,浪高達15米。研究人員一直在設法解釋為什麼震級僅為7.1級的中等強度地震,會使海嘯時浪高達到15米。有人懷疑這是很大一塊沉積岩崩塌而掀起的巨浪。
  1999年1月,一批研究人員乘坐一艘日本輪船區測量海底,這是發生海嘯後首次進行的深入研究。在這次考察中,他們畫出了海床圖,並在沉積岩上鑽孔取樣。2月,他們又使用一艘機器人潛艇將海底的情況拍成了照片。勘探隊集中在大陸邊坡,這個邊坡垂直於一個深達4公里的深海溝裡。這個深淵表明有一塊太平洋的板塊在這裡撞擊了新幾內亞。當太平洋構造板塊從該島下面擦過時,形成了一個深海溝,並引起了頻繁的地震。
  勘探時還發現,在特別陡峭的大陸邊坡上覆蓋著厚厚的一層沉積岩。在某些地方,這層沉寂巖以快速滑坡的形式往下滑,也有的地方是一較緩慢的塌方形勢下滑。
  在一次潛水作業中, 研究人員發現了一個新鮮的、 圓形劇場形式的「上吧」,這是一塊巨型沉積岩朝下坍塌時產生的。
  研究人員發現了一條15公里長的斷層。有證據顯示,這個斷層最近曾移動過。海底發生斷層時一側會往上抬,而另一層回朝下落,在這個過程中,會因水的更替而發生海嘯。
  那些認為是塌方導致波浪形成的人認為斷層不可能是引起海嘯的原因。目擊者曾敘述過這樣一個情況:在地震 的主震發生過之後, 大約過了20分鐘,第一次波浪才襲擊海岸。如果說因地震產生了海底斷層,由該斷層在形成海嘯,這中間竟隔了20分鐘,那也未免太長時間了。不過應該說明,典型的情況是地震後一般要滯後幾分鐘才會發生滑坡,這就是海嘯形成略有推遲的原因。
  地震過後不久,在太平洋中間所記錄下來的長達70秒的低沉而連續的聲響,也進一步支持了以上觀點。西北大學的艾米莉·奧爾卡說,在一次不很大的地震之後,聲響延續如此之嘗試不大可能的,因此可認為它源於一次海底滑動。
  然而,某些勘探工作的參與者同意是塌方引發海嘯的理論。華盛頓州立大學的亨利·葉提出,海底地震的模擬能屆時還小的大小。這個考察隊只發現了巖體小型滑動的證據,但沒有巨大滑坡的跡象。
  這次災難也使人想到,相對較小的地震(就像偶爾在南加州發生的那種)也會因為引起巖體滑動而引發巨大的海嘯,造成的災害遠比科學界過去所認識到的要危險的多。



海嘯是一種具有強大破壞力的海浪。當地震發生於海底,因震波的動力而引起海水劇烈的起伏,形成強大的波浪,向前推進,將沿海地帶一一淹沒的災害,稱之為海嘯。


海嘯在許多西方語言中稱為「tsunami」,詞源自日語「津波」,即「港邊的波浪」(「津」即「」)。這也顯示出了日本是一個經常遭受海嘯襲擊的國家。目前,人類對地震火山、海嘯等突如其來的災變,只能通過觀察、預測來預防或減少它們所造成的損失,但還不能阻止它們的發生。漢字又稱海溢,韓語來源。


海嘯通常由震源在海底下50千米以內、芮氏地震規模6.5以上的海底地震引起。海嘯波長海洋的最大深度還要大,在海底附近傳播也沒受多大阻滯,不管海洋深度如何,都可以傳播過去,海嘯在海洋的傳播速度大約每小時五百到一千公里,而相鄰兩個浪頭的距離也可能遠達500到650公里,當海嘯波進入陸棚後,由於深度變淺,波高突然增大,它的這種波浪運動所卷起的海濤,波高可達數十,並形成「水牆」。由地震引起的波動與海面上的海浪不同,一般海浪只在一定深度的水層波動,而地震所引起的水體波動是從海面到海底整個水層的起伏。此外,海底火山爆發,土崩及人為的水底核爆也能造成海嘯。此外,隕石撞擊也會造成海嘯,「水牆」可達百尺。而且隕石造成的海嘯在任何水域也有機會發生,不一定在地震帶。不過隕石造成的海嘯可能千年才會發生一次。海嘯等自然災害都會產生次聲波大象可以聽到次聲波,像2004年印度洋大地震產生的海嘯,由於大象聽到海嘯產生的次聲波,不聽主人指揮,快速離開現場,乘坐大象的遊客才得以生還。



[編輯] 紀錄


全球的海嘯發生區大致與地震帶一致。全球有記載的破壞性海嘯大約有260次左右,平均大約六、七年發生一次。發生在環太平洋地區的地震海嘯就佔了約80%。而日本列島及附近海域的地震又佔太平洋地震海嘯的60%左右,日本是全球發生地震海嘯並且受害最深的國家。



海啸到达海岸

海嘯到達海岸


2004年12月26日海啸席卷马尔代夫的马累

2004年12月26日海嘯席捲馬爾地夫的馬累

最近造成較大規模的海嘯有:






嘯源位置
日期
浪高
公尺

受害地區
死亡人數
備註





































































加拿大溫哥華島1700年1月26日 ?北加州至溫哥華島、日本 ?參見 卡斯卡迪亞地震
葡萄牙1755年11月1日16歐洲西部、摩洛哥西印度群島60,000葡萄牙帝國的沒落
參見 1755年裡斯本地震
琉球群島1771年4月24日85琉球群島11,941日本有史以來最大的海嘯,石垣島一半的人口罹難
巽他海峽1883年8月26日35爪哇蘇門答臘36,000
日本三陸1896年30日本27,122
阿留申群島1946年4月1日32阿留申群島、夏威夷加州165
智利1960年5月22日25智利、夏威夷和日本1,260參見 智利大地震
阿拉斯加1964年3月27日32阿拉斯加、阿留申群島和加州參見 耶穌受難日地震
西里伯斯海1976年8月16日30菲律賓群島5,000
蘇門答臘西北外海2004年12月26日 ?印度洋30萬以上參見 2004年印度洋大地震

嘯的規模:


海嘯的大小多以規模表示。最常用的方法是今村所創,而飯田增設(-1)之海嘯規模分級表。


今村與飯田海嘯規模之分級表 規模 說明 4 波高超過30公尺,被害區域達到沿岸500公里以上者。 3 波高超過10~20公尺,被害區域達到沿岸400公里以上者。 2 波高4~6公尺程度, 可使部分房屋流失,人畜溺死者。 1 波高2公尺左右,損壞海濱的房屋,帶走船舶的程度。 0 波高1公尺左右,可能造成小災害者。 -1 波高50公分以下,通常無災害者。


海潮暴漲有可能是海嘯所引起,也可能是颱風所引起。禁地海嘯所引起的海潮暴漲通常伴隨著地震,遠洋地震所引起的海嘯則不會感受到地震動。而颱風所引起的海嘯則伴隨強風。史籍上若提到地大震,之後海潮暴漲,則海嘯的可能性極大。然而多數記載只提到海潮暴漲,並無其他說明,是否是地震海嘯就有待進一步探討。因此將史籍上所述之海嘯或疑海嘯,以海嘯信度表示其發生之可能性。



由水下地震﹑火山爆發或水下塌陷和滑坡所激起的巨浪。日本人稱海嘯為「津波」﹐意思是湧向灣內和海港的破壞性的大浪。破壞性的地震海嘯﹐只在地震構造運動出現垂直斷層﹐震源深度小於20~50公里﹐而芮氏震級大於 6.5的條件下才能發生。沒有海底變形的地震衝擊或海底的彈性震動﹐可引起較弱的海嘯。水下核爆炸也能產生人造海嘯。


常用的地震海嘯震級()是以芮氏地震震級(M )為主要依據的。日本學者飯田汲事曾提出海嘯的震級 與海嘯的能量和最大湧潮的高程的統計關係。海嘯的能量大致為10~10爾格﹐一般為海嘯地震的能量的1~10%。


海嘯是一種頻率介於潮波和湧浪之間的重力長波﹐其波長約為幾十至幾百公里﹐週期為2~200分﹐最常見的是2~40分。傳播速度由確定(c 為傳播速度﹐g 為重力加速度﹐為海區深度)。若取大洋平均深度為 4公里﹐週期為40分鐘﹐則相應的海嘯波的傳播速度為713公里/小時﹐波長為475公里。許多學者認為﹐大洋中海嘯震源的水面最初昇高的幅度大致在1~2米之間。雖然海嘯在沿岸會造成巨大的破壞﹐但在深海傳播時﹐由於波高和波長之比(波陡)甚小﹐週期較長﹐難以察覺到反常的現象。海嘯的性質﹐主要取決於其源地的特性和幾何特徵﹑海底變形的大小﹑地震的持續時間和強度等因素。


分佈


世界上有記載的由大地震引起的海嘯﹐80%以上發生在太平洋地區。在環太平洋地震帶的西北太平洋海域﹐更是發生地震海嘯的集中區域。海嘯主要分佈在日本太平洋沿岸﹐太平洋的西部﹑南部和西南部﹐夏威夷群島﹐中南美和北美。受海嘯災害最重的是日本﹑智利﹑秘魯﹑夏威夷群島和阿留申群島沿岸。中國是一個多地震國﹐但海嘯卻不多見。在公元前47~公元1918年這近兩千年的時間裡﹐中國沿海有確切記錄的地震海嘯為數很少。1969~1976年﹐中國海區先後發生過數次大地震﹐但均未造成地震海嘯。














海嘯94/02/14
 






作者:孫鎮球成功大學地球科學系 











海嘯,就是海上突然出現的巨浪,有時浪高可達十公尺以上。這種巨浪可能在同一地點持續數小時,重複幾十次,如果沖向陸地,所到之處,破壞設施、建築,會造成生命財產的重大損失。

二○○四年十二月二十六日清晨,印尼發生 9.0 級大地震,震央位於蘇門答臘島西北部的亞齊省西南外海 160 公里處。地震引發南亞大海嘯,巨浪沖向印尼、泰國、斯里蘭卡、印度這些印度洋周邊國家,甚至沖向遠在五千公里外的非洲東岸,一天之內造成數十萬人傷亡,數百萬人無家可歸。

海嘯發生的頻率並不低,以臺灣為例,二十世紀就有四次海嘯紀錄,但因規模不大,浪高都不及一公尺,因此未造成重大災害。規模像這次南亞大海嘯的,倒是很少發生,全球平均幾十年才有一次。

海嘯發生的原因

海嘯發生時,沖向陸地的巨浪,速度可達每秒數十公尺。以速度 V = 10 m/s 計算,質量 M = 1 kg 海水持有的動能 K 是
K = 1/2 × MV2 = 1/2 × 1 kg ×(10 m/s)2 = 50 joule
而且,海水由海面沖向陸地,至少經過幾十秒的時間,也就是這些海水「持有」這些動能至少達幾十秒。

因此,海嘯的發生,一定是有造成局部海水突然獲得大量動能的機制,海水瞬間開始快速流動,形成巨浪,這種海浪以速度
V =(gh)1/2
(其中 g 是重力加速度 9.8 m/s2,h 是水深)向四面八方傳播。以水深三千公尺的海面為例,
V = (9.8 × 3000)1/2 m/s = 170 m/s
約等於傳播速度每小時六百公里。

若海水原本的平衡狀態瞬間被破壞,破壞的能量就會轉移到海水,使海水突然獲得大量動能而引發海嘯。這有以下三種可能的原因:(1)巨大外物(例如彗星)撞擊海洋;(2)海底山崩塌;(3)海底淺層地震。

如果不幸有一顆彗星撞擊地球,且撞到海洋,則被撞的局部海水會因此被排開,並吸收彗星的動能,而形成巨浪,引發大海嘯。一九九四年曾有彗星撞木星的事件,至於彗星撞地球,雖然有史以來未曾發生,但在史前曾經發生過,未來還是有可能的。美國亞利桑那州就有一個三萬三千年前產生的直徑1.2公里的彗星撞擊坑。

海底山崩塌是可能引發海嘯的第二個原因。如果海底山發生崩塌,崩塌的部分會掉落海底地表,降低位能,轉換為海水的動能,使海水流動,產生巨浪而引發海嘯。海底山崩塌曾經造成一九九八年的巴布亞紐幾內亞海嘯。最近有人預測西非摩洛哥外海加納利群島中的巴爾默島,可能因火山爆發造成崩塌,而引發高達一百公尺巨浪的大海嘯。不過筆者對發生如此大規模崩塌的可能性,抱持強烈懷疑。

最常引發海嘯的是震源在海底的淺層地震。斷層是板塊邊界,若海底淺層地震造成斷層兩側的板塊產生垂直方向的相對位移,則覆蓋的海水也會跟著產生垂直方向的相對位移,海水原本的平衡狀態被破壞,抬升板塊上方的海水變得比較高,位能變得比較高,於是向位能比較低的下沈板塊方向流動。也就是說,海底淺層地震可能使震央附近的海水突然獲得大量位能,這個位能因地心引力立即轉換為動能,使海水流動,而引發海嘯。

依震源深度,可以把地震分為淺層(深度 0 ~ 70 公里)、中層(深度 70 ~ 300 公里)、深層(深度超過 300 公里)三種。斷層地震都發生在板塊邊界處,依照板塊之間相互移動的方式,斷層可分為平移型、發散型和聚合型三種。發散型斷層是上盤向下滑移(下沈),又稱正斷層,聚合型斷層是上盤向上滑移(抬升),又稱為逆斷層。正斷層和逆斷層都是傾斜滑移斷層。

如果海底地震是由平移斷層引發,斷層沒有傾斜滑移,則海底板塊只會發生水平位移。因海水是流體,雖然會跟隨發生水平位移,但位移量遠小於海底板塊的位移量,海水原本的平衡狀態被破壞得很有限。而且這種破壞僅限於水平方向,不涉及重力加速度,海水不會增加位能,因此即使發生海嘯,規模也不大。

如果發生海底傾斜滑移斷層地震,但震源很深,斷層破裂面並未延伸到海底地表,只局限在海底地表以下,則地震波傳到海水時,海水只是傳播震波的介質,震波傳過之後海水又恢復平靜。震波雖然可能產生盆地效應,即震波在一個封閉水體中來回擺盪而產生加成作用,但這種擺盪只會在小面積的水體,如湖泊或內海產生。由於封閉水體的水量有限,且傳播的只是震波,不是海浪,震波能量會由海水傳入海底而消散。

至於海水流入海底斷層的裂隙,不太可能是產生海嘯的原因。因為斷層的裂隙通常非常小,特別是傾斜滑移斷層,裂隙多在十公分以內,幾乎看不到。以臺灣一九九九年的 921 地震為例,在斷層面上兩板塊緊密接合,根本沒有裂隙,海水無法流入,因此不太可能引發海嘯。

斷層破裂面在陸上的地震,除非破裂面延伸到海底地表,否則海水的角色只是震波傳播的介質。地震波到達之後,海水雖短暫獲得振動的動能,卻無法「持有」這個動能,這個動能在不到一秒之內就傳播到別處,海水又恢復平靜,不會流動。所以陸上地震幾乎不可能引發海嘯。

最可能引發海嘯的,是斷層破裂面在海底地表的海底傾斜滑移地震。這種地震會造成斷層兩側板塊的地表產生垂直方向的相對位移,正斷層是下盤抬升,逆斷層則是上盤抬升,由於覆蓋在板塊上方的海水隨著板塊產生垂直方向的相對位移,在抬升板塊上方的海水面跟著抬升,於是高於下沈板塊上方的海水面,這個過程只需要幾秒鐘時間。隨後地心引力迫使具有較高位能的海水向下沈板塊快速流動,形成巨浪向四面擴散,而引發海嘯。

海底的斷層,大部分是位於海洋板塊衝入大陸板塊底下,或海洋板塊衝入另一海洋板塊底下的隱沒帶的聚合型斷層,屬於逆斷層,且斷層附近有海溝,發生地震時是上盤抬升,下盤下沈。雖然斷層也有平移型和發散型,但比較少。以這次引發南亞大海嘯的地震為例,就是印度板塊和澳洲板塊衝入緬甸小板塊和桑達板塊的逆斷層。

海底斷層傾斜滑移,抬升板塊上方的海水到底具有多少能量(位能)?以 1226 南亞大海嘯為例,斷層傾斜滑移造成上盤抬升達 30 公尺,斷層破裂面長度超過一千公里(106 m)。假設上盤抬升與下盤下沈發生在斷層兩側各一百公里(105 m)範圍內,則上盤抬升的海水質量 M 是(海水密度是 103 kg/m3
M = 106 m × 30 m × 105 m × 103 kg/m3 = 3 × 1015 kg
獲得的位能 U(以 U = mgh 計算,重力加速度 g = 9.8 m/s2,海水平均抬升高度 h = 15 m)
U = 3 × 1015 kg × 15 m × 9.8 m/s2 = 4.4 × 1017 joule
大約是兩千顆廣島型原子彈的能量!如此巨大的重力位能瞬間轉為海水流動的動能,可以想見造成海浪及海浪衝擊的力量有多大!

由於抬升板塊上方的水體先流向下沈板塊,因此抬升板塊後方的海岸先發生大退潮,之後才會遭到海浪侵襲。相反地,下沈板塊後方的海岸不會因海嘯發生退潮。以這次南亞大海嘯為例,倖存的泰國普吉島遊客描述海嘯當時先發生大退潮,「來不及退游的魚在沙灘上掙扎,接著巨浪侵襲……」因為普吉島位於逆斷層上盤(抬升板塊)的後方,海水先向下盤流動,因此先發生大退潮。一八六七年基隆大海嘯也是先發生大退潮,是基於相同的原因。

哪裡可能因地震引發海嘯

板塊邊界可分為聚合型、發散型和平移型三種。中洋脊包括發散型和平移型板塊邊界,且占了海底發散型板塊邊界的大部分。由於中洋脊地殼溫度很高(可能高達攝氏一千度以上),只會發生小規模地震(規模 4 以下),不太可能引發海嘯。不在中洋脊的平移型海底板塊邊界則都是平移斷層,如前所述,不會引發海嘯。

由於隱沒帶占了海域傾斜滑移板塊邊界的大部分,因此可能引發海嘯的海底斷層大多是聚合型的逆斷層,只有少數是正斷層。海底聚合型板塊邊界主要分布在:(1)環太平洋地震帶:由南美洲智利外海向北至中美洲,由北美洲阿拉斯加向西南,經阿留申群島、千島群島、日本、琉球群島、馬里亞納群島、菲律賓、紐幾內亞、所羅門群島到紐西蘭東部外海;(2)阿爾卑斯地震帶:包括地中海、孟加拉灣、印尼南方外海。

這次發生南亞大海嘯的地震震央,印尼亞齊省西南方外海,就是阿爾卑斯地震帶的一部分。環太平洋地震帶大部分是海底隱沒帶逆斷層,阿爾卑斯地震帶則大約一半是海底隱沒帶逆斷層。

會引發海嘯的隱沒帶多在大陸邊緣,逆斷層上盤在近陸地的一邊,下盤在面向大洋的一邊。發生海嘯時,上盤抬升的結果,海水先向下盤方向流動,因此上盤後方海岸先發生大退潮。所以,對大多數海岸而言,海嘯的發生是先有大退潮,然後才是大浪侵襲。

臺灣是否可能發生海嘯?是的,一七八一年在臺南,一八六七年在基隆、淡水,都有大海嘯的紀錄。臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊邊界上,斷層經過臺灣陸地,由於南方海域及東北方海域都是板塊邊界的隱沒帶(海底逆斷層),因此,海嘯可能在南北兩端發生,侵襲臺灣。

海嘯災害防治

海嘯是自然現象,無法避免。既然無法避免,就要面對它,與它和平共存,設法把海嘯的災害降到最低。

海嘯的傳播速度是每小時數百公里,除非正好在斷層附近,海嘯由斷層傳到陸地,總有幾分鐘以上的時間,利用這一點時間就可以減少災害。

以 1226 南亞大海嘯為例,由震央(印尼亞齊省外海)到斯里蘭卡距離約一千六百公里,海嘯的巨浪到達需 2.5 小時,如果能預先發布警報,所有的人都有足夠的時間撤至安全地點。由於缺少預警系統,斯里蘭卡傷亡慘重,甚至遠在東非的索馬利亞也有數百人喪生。但在震央附近的印尼錫默盧島 (Simeulue),島民憑藉「發生地震立即往山上跑」的古老傳說,據報導在這次南亞大海嘯中竟然全島無一人傷亡!

由於地震發生後.鄰近的監測站可以在一分鐘之內測知,然後在幾秒內判定震央及強度,及時對可能受海嘯侵襲的地區發出警報,技術上不是問題。因此,建立海嘯預警系統,並且準備好發生海嘯時的撤離路線,是必須的。

臺灣如果發生海嘯,震央可能在臺灣南方或北方海域,與臺灣陸地有數百公里的距離,因此臺灣有大約一小時的預警時間,足夠避免嚴重損失,也因此臺灣有必要儘早建立海嘯預警系統。


由水下地震﹑火山爆發或水下塌陷和滑坡所激起的巨浪。日本人稱海嘯為“津波”﹐意思是湧向灣內和海港的破壞性的大浪。破壞性的地震海嘯﹐只在地震構造運動出現垂直斷層﹐震源深度小於20~50公里﹐而里氏震級大於 6.5的條件下才能發生。沒有海底變形的地震衝擊或海底的彈性震動﹐可引起較弱的海嘯。水下核爆炸也能產生人造海嘯。

常用的地震海嘯震級()是以里氏地震震級(M )為主要依據的。日本學者飯田汲事曾提出海嘯的震級 與海嘯的能量和最大湧潮的高程的統計關係。海嘯的能量大致為10~10爾格﹐一般為海嘯地震的能量的1~10%。

海嘯是一種頻率介於潮波和湧浪之間的重力長波﹐其波長約為幾十至幾百公里﹐週期為2~200分﹐最常見的是2~40分。傳播速度由確定(c 為傳播速度﹐g 為重力加速度﹐為海區深度)。若取大洋平均深度為 4公里﹐週期為40分鐘﹐則相應的海嘯波的傳播速度為713公里/小時﹐波長為475公里。許多學者認為﹐大洋中海嘯震源的水面最初昇高的幅度大致在1~2米之間。雖然海嘯在沿岸會造成巨大的破壞﹐但在深海傳播時﹐由於波高和波長之比(波陡)甚小﹐週期較長﹐難以察覺到反常的現象。海嘯的性質﹐主要取決於其源地的特性和幾何特徵﹑海底變形的大小﹑地震的持續時間和強度等因素。

分布

世界上有記載的由大地震引起的海嘯﹐80%以上發生在太平洋地區。在環太平洋地震帶的西北太平洋海域﹐更是發生地震海嘯的集中區域。海嘯主要分布在日本太平洋沿岸﹐太平洋的西部﹑南部和西南部﹐夏威夷群島﹐中南美和北美。受海嘯災害最重的是日本﹑智利﹑秘魯﹑夏威夷群島和阿留申群島沿岸。中國是一個多地震國﹐但海嘯卻不多見。在公元前47~公元1918年這近兩千年的時間裡﹐中國沿海有確切記錄的地震海嘯為數很少。1969~1976年﹐中國海區先後發生過數次大地震﹐但均未造成地震海嘯。

傳播

在地震或擾動源的強迫力作用下﹐海嘯的傳播可分為 3個階段﹕1.源地附近的傳播﹔2.大洋中的自由傳播﹐3.近岸帶中的傳播。海嘯在傳播過程中﹐如果不發生反射﹑繞射和摩擦等現象﹐則兩波線之間的能量與波源的距離無關。波高 隨相鄰兩波線間的距離和水深 的變化服從格林定律﹕


其中在絕大多數的情況下﹐海嘯源地的海底斷層呈狹帶狀。由於海中的山脊均是波導﹐而波導面上能量顯著集中處的波高特別大﹐所以能量輻射的方向性就表現得特別明顯。例如﹐1946年4月1日的阿留申海嘯和1952年11月4日的堪察加海嘯﹐就是明顯的例子。在水深急劇變化或海底起伏很大的局部海區﹐會出現海嘯波的反射現象。在大陸架或海岸附近﹐海嘯在傳播過程中有相當多的能量被反射﹐稱為強反射﹔而在深海下的山脊和海底上的反射則屬弱反射。如果水深和波長的比值遠大於水深的梯度﹐則不發生反射。此外﹐海嘯波在傳播過程中遇到海岸邊界﹑海島﹑半島﹑海角等障礙物時﹐還會產生繞射。海嘯進入大陸架後﹐因深度急劇變淺﹐能量集中﹐引起振幅增大﹐並能誘發出以邊緣波形式傳播的一類長波(見陸架攔獲波)。當海嘯進入灣內後﹐波高驟然增大﹐特別是在 V型(三角型或漏斗型)的灣口處更是如此。這時灣頂的波高通常為海灣入口處的 3~4倍。在U型海灣﹐灣頂的波高約為入口處的 2倍。在袋狀的灣口﹐灣頂的波高可低於平均波高。海嘯波在灣口和灣內反覆發生反射時﹐往往會誘發灣內海水的固有振動﹐使波高激增。這時可出現波高為10~15米的大波和造成波峰倒捲﹐甚至發生水滴濺出海面的現象。濺出的水珠有時可高達50米以上。

災害

從海面到海底﹐海嘯的流速幾乎是一致的。當它傳播到近岸處時﹐海水的流速很大(若波高為10米﹐流速也大致為10米/秒)﹐驟然形成“水牆”﹐伴著隆隆巨響﹐洶湧地衝向海岸。它可使堤岸決口。若最先到達的是波谷﹐則水位驟落﹐可看見從未裸露的水下礁石。幾乎所有的海嘯災害都是由最初2~3個波所造成的。海嘯災害常發生在第一個波到達岸邊後幾小時內。海嘯的破壞力很大﹐1960年 5月23日在智利發生的海嘯﹐曾把夏威夷群島希洛灣內護岸砌壁的約10噸重的巨大玄武岩塊翻轉﹐拋到100米外的地方。此外﹐橫跨懷盧庫河上的鋼質鐵路橋(夏威夷的希洛附近)﹐也曾被海嘯推離橋墩200 多米。海嘯給沿海地區的人﹑畜﹑樹木﹑房屋建築﹑港灣設施﹑船舶和海上建築物等造成的嚴重災害﹐往往大於地震災害。如1896年(明治29年)的日本三陸大海嘯﹐里氏震級雖只有 7.6﹐也沒有發生直接的地震災害﹐但死於海嘯者卻超過27000人。

研究狀況

海嘯的研究﹐包括理論研究和模擬實驗兩方面。19世紀初﹐法國數學家A.L.柯西和S.D.泊松提出求解小振幅波的初值問題﹐為海嘯的理論研究奠定了基礎。1883年喀拉喀托火山爆發引起的大海嘯﹐促使人們更重視海嘯的研究。理論研究的內容包括﹕1.海嘯產生的機制﹐2.海嘯在大洋中的自由傳播﹐3.海嘯在近岸帶中的傳播﹐4.海灣內和大陸架上的海嘯動力學研究。自20世紀50年代以來﹐海嘯模擬試驗主要包括﹕1.流體動力學水槽實驗。其中對橢圓形擾動源地的海嘯模擬結果﹐證實了海嘯波傳播的方向性。2.數值模擬。研究海嘯波在近岸淺水域中的傳播。3.電模擬。70年代初期﹐有人根據非線性的電磁波方程和有限振幅表面波的長波方程之間的相似性﹐採用電模擬方法研究海嘯的一些非線性問題。4.人工海嘯試驗。通過在外海的水下或水上的爆炸進行試驗。例如﹐1954年美國在比基尼環礁區進行的水上氫彈爆炸﹐在試驗過程中﹐使用了專門的測波儀進行相當詳盡的觀測研究。

警報和防災措施

根據海嘯波傳播的長波理論﹐可以分析和判斷海嘯傳播的動向﹐並發布警報。通常在地震發生後20分鐘以內發出海嘯警報﹐其內容包括﹕海嘯地震的震中﹐海嘯的規模(震級)﹐判斷海嘯到達海岸的時刻和其他有關情況。由於大洋中幾乎每年都有破壞性的海嘯發生﹐為了預防災害﹐在1966年成立了“太平洋海嘯警報系統國際協調組”(ITSU)﹐目的在於傳遞海嘯警報﹐收集並交換地震波和海平面變化的實測資料﹐向20多個國家和地區的有關機構和團體發布海嘯警報和情報。監測海嘯的主要方法﹕1.在沿海設置自記驗潮儀﹐根據水位記錄曲線的異常昇降現象判斷出現海嘯的可能性。2.設置岸邊水聲接收站﹐監測海嘯(因為地震海嘯產生的聲波的傳播速度為5400公里/小時﹐比海嘯傳播的速度快得多﹐故可根據接收到海嘯聲音的時刻﹐推算地震海嘯到達的時間)。3.通過國際性的協作組織﹐加強通訊網﹐建立聯合的海嘯預警和警報系統。


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