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第3章 认识海啸(3)

火山引起海啸实例及预测

(1)《圣经·旧约》中著名的《出埃及记》,讲述了摩西带领受奴役的犹太人逃出古埃及的故事。法老的军队追赶到红海边,危急时刻,海水分开,露出道路,犹太人平安穿越,追兵却被合拢的海水吞没。据英媒体报道,根据最新考古发现,美国制作了一部纪录片即将播出,力图“科学”解释《出埃及记》里记载的种种“奇迹”。纪录片表达的核心观点是:希腊桑托林群岛一次火山爆发引发一系列自然灾害,而正是这些自然灾害导致红海海水分开等“奇迹”发生。传说中海水分开又合拢,吞噬追兵的“奇迹”实际是火山爆发引发的海啸现象。而据历史考证,当时喷发的桑托林火山正好位于埃及以北约644千米处。

纪录片官方网站说,火山喷发引起连续地震,很可能“破坏了整个尼罗河三角洲,造成部分土地脱离非洲大陆板块”,漂移到犹太人被追赶的海域,使得那里的地面突然升高。“换句话说,使海水分开”,网站说,“海水流向低处……露出高处的地面,犹太人可以从上面走过去。同时,海啸激起的滔天大浪只需要涌进内陆11.2千米,就足以吞噬追兵。

(2)克里特岛是爱琴海上最大的岛屿,而3000多年前的克里特文明是古希腊文明的起点,尤以富丽堂皇、结构复杂的宫殿建筑闻名。然而,这样一个强大的文明最终却不明不白地消失了。人们对此存在多种猜测,有人认为它被来自小亚细亚的蛮族摧毁,有人认为是与希腊城邦交战的结果,还有人认为可能是遭遇了大地震。丹麦奥胡斯大学教授瓦尔特·弗里德里希和他的同事根据从锡拉岛上发现的一段橄榄枝,验证了一个更有说服力的理论:克里特文明是毁于一次空前规模的火山喷发及其引发的大海啸,克里特岛距离锡拉岛只有96千米,弗里德里希认为,3600多年前,锡拉岛上一座火山突然猛烈喷发,其喷出的烟柱上升到高空,数千吨火山灰甚至随风飘散到格陵兰岛、中国和北美洲。火山喷发还引发了大海啸。高达12米的巨浪席卷了克里特岛,摧毁了沿海的港口和渔村。而且,火山灰长期飘浮在空中,形成一种类似核大战之后的“核冬天”效应,造成这一地区在以后的几年时间里农作物连续歉收。克里特文明可能因此遭受了毁灭性打击,迅速走向衰亡。

科学家从遥远的格陵兰岛、黑海以及埃及都探测到这次火山喷发产生的灰尘。他们还从爱尔兰和加利福尼亚发掘出遭到这次爆发引起霜冻破坏的植物化石。事实上。早在1967年,美国考古学家便在桑托林岛的60米厚的火山灰下,挖出一座古代商业城市。经考证,这座城市是在公元前1500年前后,火山大爆发时被火山灰所埋葬。那可能是人类历史上最猛烈的一次火山大爆发,喷出的火山灰渣占地面积广,达62.5千米,岛上的城市几乎在一瞬间就被埋在厚厚的火山灰下,并波及地中海沿岸及岛屿。据记载,当时埃及的上空曾出现3天漆黑一片的情景。除此之外,火山爆发引起巨大海啸,浪头高达50米,滔天巨浪滚滚南下,摧毁了克里特岛上的城市、村庄,米诺斯王国也随之化为乌有。

(3)1883年8月27日,由喀拉喀托火山爆发引起的印度尼西亚爪哇和苏门答腊海岸的海啸。在喀拉喀托火山爆发的时候,海啸跟着发生了,巨浪袭击海峡北侧,高达22米,停泊在离岸3300米的军舰贝鲁号被海浪往上推离当时的水平面,达到了9米的高度。爪哇有些地方巨浪高达35米。波浪自巽他海峡的南口向印度洋扩散,使锡兰岛的浪高达到了2~2.4米。及至澳大利亚的西岸,余波还未平息,仍有1.5~1.8米的高度。海啸巨浪以每小时560千米的速度朝向大西洋北进,抵达法国沿岸。在北大西洋的英吉利海峡,波浪还留下了几厘米高的记录。32.5小时内,波浪绕过了半个地球,沿途至少有50艘以上的船只毁于巨浪之下。死于这次火山喷发和海啸的人数达到了36400人,财物损失不可计数。

2007年11月8日早晨,印度尼西亚的克卢德火山(喀拉喀托火山之子)喷射出大量迅猛的热气、岩石和熔岩,当时一艘渔船正好停靠在巽他海峡的岸边。这次喷发的火山口位于山体的一侧,巨大的压力把大量的烟尘和石块抛上云霄,场面十分壮观。克卢德火山是著名的喀拉喀托火山的一部分,而喀拉喀托火山是世界上唯一一座从海中崛起的火山。这次喷发虽然壮观,但远比不上1883年的那次火山爆发。

火山引起海啸的方式

1.崩塌与滑坡

海底大规模火山喷发和海底火山口塌陷扰动水体,可以引发海啸。如1883年8月27日,印尼巽他海峡喀拉喀托火山爆发,将岩浆喷到苏门答腊和爪哇之间的巽他海峡。在火山喷发到最高潮时,岩浆喷口突然坍塌,引发浪高35米的海啸。大多数火山喷发除了海底火山口塌陷扰动水体引发海啸外,还可能因火山喷发膨胀使火山周围不稳定的滑坡体和崩塌体产生,继而滑坡和崩塌导致海啸的发生。

2.冲击波

1980年3月18日,美国华盛顿州圣海伦斯火山喷发,卫星摄下珍贵照片。经过分析表明,火山爆发的冲击波穿过200千米厚的大气层,释放出相当于500多枚美国当年投掷广岛的原子弹的能量。炽热喷涌的岩浆使房屋、桥梁、公路、森林、人畜毁于一旦。2004年该火山又爆发。当这种类型的火山喷发发生在海底,将产生灾难性的海啸,但到目前为止,尚未找到实例。

地震引起海啸

如果地震发生在海底,震波的动力会引起海水剧烈地起伏,形成强大的波浪,淹没沿海地带。

地震波的传播速度比海啸的传播速度快是海啸预警的物理基础。震动方向与传播方向一致的波称为地震纵波(P波),地震纵波的传播速度很快,每秒钟传播5~6千米,海啸的传播速度比地震纵波慢20~30倍,因此在远处,地震波要比海啸波早到数十分钟,有的甚至早到数十小时,具体数值取决于震中距以及地震波与海啸的传播速度。举个例子,当震中距为1000千米时,地震波会在2.5分钟左右到达,而海啸要在1小时左右才能到达。1960年,智利发生特大地震,地震激发的特大海啸22小时后才到达日本海岸。研究地震与海啸的学者认为,地震海啸是由于地震使海底地形发生隆起和下沉所引起的特大的海浪。地震海啸的形成,要具备3个条件:有深海盆地,可以容纳巨量海水;海底地形隆起与凹陷反差强烈;存在倾滑型活断层,可发生6.5级以上倾滑型的地震,瞬间改变海底地形,使隆起与凹陷落差陡然增大,迅即引起海水大量涌入而产生扰动。

地震海啸多集中分布在两板块之间的俯冲带,也就是下降岩石圈板块向下俯冲与另一相邻板块相接触的地段,且成逆冲断层错动,因而使海沟海盆上下运动,促使海水激烈扰动而产生海啸。近200多年来,全世界发生了13次灾难性的海啸。

海啸与风暴潮等其他

海水波动的差异海啸与风暴潮、地震波引起海水波动都会形成大小不同的海浪,它们的波形波长、振幅、波速和成因是不同的。

差异一:波形波长不同

地震波是弹性波,在水中只传播疏密波,即纵波(P波),质点上下往复运动与传播方向一致,其波长小于75米。而风暴潮、海啸波是重力波,也就是以重力为恢复力所产生的波,风暴潮波长100米,海啸波长10~100千米,且随海水深度不同而变化,水深达7000米时,波长为282千米,水深为10米时,波长达10千米。不同的海水深度,对应不同的波长,海水越深,波长越长。

差异二:周期不同

地震波在水中传播疏密波为短周期,小于0.1秒;而风暴潮周期为6~10秒,是一种短周期的重力波。海啸波的周期为200~2000秒,是一种长周期的重力波。而2004年12月26日,印度尼西亚苏门答腊—安达曼8.7级特大地震之后的2小时5分钟引起印度洋大海啸,记录到该海啸周期长达37分钟,为2220秒。

差异三:振幅不同

地震波振幅大小与震级、距离有关,约数厘米。海底发生地震时,近震中海面船只感到震荡。风暴潮在海面振幅大,高达数米,船只感到摇晃,随深度衰减很快,海面以下100米,衰减殆尽;海啸波振幅较小,比海浪小,浪高通常是几十厘米至1米,比风暴潮(浪高通常是7~8米)小得多。例如,杰森1号测高卫星在印度尼西亚苏门答腊—安达曼8.7级特大地震之后2小时5分钟巧遇印度洋大海啸,记录到该海啸周期长达37分钟,而“双振幅”(波峰至波谷的幅度)仅约1.2米。在海面行驶船只感觉不到海啸发生,海啸波传播到大陆架近岸,振幅才陡然增大,可达数米或数十米。形成陡立的“水墙”,冲击着沿岸的一切。差异四:波速不同

地震波,在海水中只能传播P波,速度快,其波速为25000千米/小时;海啸波速度次之。一般为720~900千米/小时。海啸在深海大洋中传播的速度是非常快的,基本上能够达到每小时800千米左右,这一速度可以比肩喷气式飞机。海啸传播速度与海水深度有密切关系,随着海水加深,海啸速度迅速增大。如果海水深10米,则海啸传播速度为36千米/小时;当海水深度达到7000米时,海啸传播速度也相应达到943千米/小时。风暴潮速度最小,为47~61千米/小时。

差异五:成因不同

地震是在海底一定深度内,因岩石受地应力作用,超出岩石的破裂强度而产生剪切破裂或断层的突然错动而引发地震,进而引起海水的震动,只是水颗粒简单的上下往复运动,水并没有朝着P波传播方向流动。风暴潮是因海面上刮风而引起,仅使海水内激起浅弱的海水扰动。海啸是海中重力改变引起的重力波。故而激起整个从深海到浅海的海水扰动。原生的海啸分裂成为两个波,一个向深海传播同,一个向附近的海岸传播。向海岸传播的海啸,受到岸边的海底地形等影响。在岸边与海底发生相互作用,速度减小,波浪增高,迅猛地冲击沿岸的一切,造成巨大的灾难。

海啸传播的方式

海啸的传播方式是,从发生地区引发的深层海水涌动,由内而外,向四面八方传播。

海啸波质点运动的特征是,海啸的波长(10~100千米)比海水的深度(约数千米)大得多,水深达数千米的海洋,对于波长10~100千米的海啸,犹如一池浅水,所以海啸作为一种重力表面波是一种“浅水波”,在深海几乎看不出什么波动。当它在海洋中传播时,振幅随深度衰减很慢,慢到了几乎没有什么衰减的程度;并且,海水质点在垂直方向的运动幅度比在水平方向的运动幅度小得多,呈极扁的前进的椭圆形,扁到几乎退化为一条直线,以至整个海洋,从海面直至海底的海水质点,同步地沿水平方向往复地运动,携带着大量的能量袭向海岸。平常的海浪或风暴潮,虽然与海啸两者同属重力表面波,但由于风暴潮波长(数量级约100米)比海水的深度(数量级约1千米)小得多,所以是一种“深水波”。海水质点的运动只限于在距深海大洋的表面数量级约100米的深度范围内传播。海水质点在垂直于海面的平面上运动,呈前进的圆形;振幅随深度很快地衰减,到了大约半波长,即数量级约100米的深度即衰减殆尽。尽管海面上波涛汹涌,潜没在水下的潜艇却岿然不为所动就是这个道理。

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