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整片大海扑面而来:海啸(Tsunami)

2004年12月26日早晨,正和家人在泰国普吉岛迈考海滩度假的10岁英国女孩蒂莉·史密斯(Tilly Smith)看到了奇怪的景象:海水突然退到很远的地方,海面上咕嘟咕嘟地冒起了泡沫。女孩想起了在学校地理课上学过的内容,向父母报告了危险,海滩上的约100人急忙躲避。几分钟后扑向海滩的,正是“海啸(Tsunami)”。

简单来说,海啸指的是“因海底地震、山体滑坡、火山爆发等原因,大量海水被一下子推开而形成的一连串波长极长的巨浪”。它的英文名Tsunami来自日语,由意为渡口的“津(tsu)”和意为波浪的“波(nami)”组合而成,意思是“港口的波浪”;在韩语中也称为“地震海溢”。

本文将依次介绍海啸的形成原理、它与普通海浪不同的性质、历史上留下记录的大海啸,以及减少灾害的预警和避难方法。

海啸从深海移向海岸时,随水深变浅传播速度与波长减小、波高增大的概念图。给出长波近似式c≈√(gh),以及水深4,000米时约198米/秒、713公里/小时的示例。
说明海啸随水深变化的传播特性的概念图。实际波高还受海底地形与海岸形状等影响。来源:NOAA, Tsunami Propagation。

跨越大洋而来的巨大波浪的真面目

海啸是怎样形成的?

从高处俯瞰晴空下一望无际的远洋,一道又长又低的波浪沿着水平线排成一线隆起,远处可以看到一艘小型科考船

大多数海啸源于海底发生的大地震。在一个板块俯冲到另一个板块之下的俯冲带,两个板块相互咬合、不断积蓄力量,然后在一瞬间释放出来。这时如果海底大幅度上下移动,上方的整片海水都会随之起伏,这种高低差向四面八方扩散,就形成了海啸。

地震并不是唯一的原因。只要能一下子把水推开,任何事情都可能引发海啸。

  • 海底地震(Submarine Earthquake):海底垂直移动,把整根海水水柱向上推起,这是最常见的原因。
  • 山体滑坡(Landslide):泥土和岩石倾泻进大海或狭窄的海湾,把水推开。
  • 火山爆发(Volcanic Eruption):火山岛崩塌或爆发把海水推开,1883年印度尼西亚喀拉喀托火山爆发就是典型例子。
  • 陨石撞击(Meteorite Impact):虽然罕见,但大陨石落入海中时也会产生巨浪。

(1)冲得最高的利图亚湾海啸
1958年,在美国阿拉斯加的利图亚湾,地震导致约3,000万立方米的岩石崩落进狭窄的海湾。由此产生的波浪把对面山坡上的树木一直冲刷到海拔524m的高度,被视为近代有记录以来最大的海啸。


它与普通海浪有什么不同?

在明亮的研究楼内一个长长的玻璃水槽里,一道长而平滑的波浪沿着模拟海岸的斜坡向上爬升并逐渐变高,两名穿着安全背心的研究人员在一旁观察

我们在海边看到的海浪是风推动水面形成的,波峰之间的距离即波长,通常为几十到几百米。而海啸不只是表面,从海底到顶部的整片海水都在移动,波长可达几十到几百千米。因此在深海中央,它的高度还不到1m,即使在船上也几乎感觉不到。

(1)堪比喷气式飞机的速度
海啸的速度大致由重力加速度乘以水深所得之值的平方根决定。在水深4,000m的海域,它以约700km/h的速度前进,与喷气式客机相当。1960年智利发生有观测记录以来最强的9.5级地震时,海啸横跨太平洋,约22小时后抵达日本,夺走了140多人的生命。

(2)在浅海中耸起的水墙
接近海岸、海水变浅时,海啸的速度会变慢,后面的海水追上前面的海水,高度骤然增大。在远洋中不到1m的波浪,到了海岸有时会变成超过10m的水墙。

(3)不止一波的海浪
海啸会间隔几分钟到一个多小时,接连涌来好几次。后来的波浪比第一波更大的情况也很多,所以海水退去一次就放松警惕是很危险的。


历史上留下记录的巨大海啸

从山丘上俯瞰海啸过后的热带海边村庄,散落着残骸的海滩和椰子树之间可以看到被冲上岸的破损木制渔船,远处有救援人员正在走动

海啸甚至会给几乎感觉不到地震的遥远海岸带来灾害。因此,历史上的大海啸不是作为一个国家的灾难,而是作为整片海洋的灾难被记录下来的。

[案例1] 2004年印度洋海啸

印度尼西亚苏门答腊岛近海发生9.1级地震,断层裂开超过1,200km。这次海啸袭击了印度洋沿岸14个国家,死亡和失踪人数超过23万,当时印度洋没有预警系统,使灾害更加严重。

[案例2] 2011年东日本大地震

日本东北近海发生的9.0~9.1级地震引发了远远超过10m高的海啸。越过防波堤的海水席卷了沿海城市,并切断了福岛第一核电站的电源,甚至引发了核事故。

[案例3] 韩国东海岸的海啸

1983年5月26日,日本秋田县近海发生7.7级地震,不到两个小时,海啸就涌到了韩国东海岸。江原道三陟的临院港海水上涨到3.6~4m的高度,东海岸有一人死亡、两人失踪。1993年北海道西南近海地震时,东海岸的船只和渔具也遭受了严重损失。


如何防范海啸

平静的海面上漂浮着一个装有太阳能电池板和天线的黄色海洋观测浮标,远处可以看到通往海边山丘的避难路线和高处坚固的混凝土建筑

海啸无法阻挡,但只要及早得知、迅速避难,就能大大减少灾害。

(1)在海底守望的预警系统
1946年阿拉斯加阿留申群岛地震引发的海啸仅在夏威夷就造成150多人死亡,此后美国于1949年在夏威夷设立了海啸预警中心。如今,深海海底的压力传感器测量水位的细微变化,海面上的浮标再通过卫星把数据传送出去,直接确认海啸。

(2)察觉大自然发出的信号
如果在海边感到强烈的摇晃,或者海水突然退到远处、露出海底,或者听到海那边传来巨大的轰鸣声,就不要等待警报,应立即避难。蒂莉·史密斯察觉到的正是这种信号。

(3)往高处躲,而不是往远处跑
海啸逼近时,与其从海岸往远处跑,不如登上附近的山丘或坚固高楼的高层更安全。韩国东海岸各地也立起了标示地震海啸紧急避难场所的指示牌。

(4)等到警报解除
后面的波浪可能更大,因此即使第一波过去了,在警报解除之前也不要返回海岸。


海啸是一场巨大的能量迁移,它把海底地层的运动一直传到几千千米外的海岸。正如一个10岁女孩用地理课上学到的知识救了许多人一样,仅仅了解其原理,就能大大减少灾害。

事先了解大海发出的信号,毫不犹豫地登上高处,这正是应对海啸的智慧的第一步。