Цунами — это серия водных волн, вызванных смещением большого объема в пределах водоема, часто вызванных землетрясениями или аналогичными событиями. Это может происходить как в озерах , так и в океанах, представляя угрозу как для рыбаков, так и для жителей побережья. Поскольку они генерируются областью источника ближнего поля, цунами, генерируемые в озерах и водохранилищах, приводят к сокращению времени предупреждения.
Опасность цунами на суше может быть вызвана многими различными типами движения земли. Некоторые из них включают землетрясения в или вокруг озерных систем, оползни , потоки мусора, каменные лавины и отколы ледников . Вулканогенные процессы, такие как характеристики газового и массового потока , более подробно обсуждаются ниже. Цунами в озерах встречаются очень редко.
Цунами в озерах могут быть вызваны смещением разлома под или вокруг озерных систем. Разлом сдвигает землю в вертикальном движении посредством обратных, нормальных или косых сдвиговых процессов, это смещает воду выше, вызывая цунами (рисунок 1). Причина, по которой сдвиговое смещение не вызывает цунами, заключается в том, что в пределах движения разлома нет вертикального смещения, только боковое движение, приводящее к отсутствию смещения воды. В замкнутом бассейне, таком как озеро, цунами называют начальной волной, вызванной косейсмическим смещением от землетрясения, а сейш — гармоническим резонансом внутри озера. [1]
Для возникновения цунами необходимы определенные критерии:
Эти цунами имеют высокий потенциал ущерба, поскольку они локализуются в относительно небольшом водоеме и находятся вблизи полевого источника. Время предупреждения после события сокращается, а организованная экстренная эвакуация после возникновения цунами затруднена. На низких берегах даже небольшие волны могут привести к существенному наводнению. [2] Жители должны быть осведомлены о путях экстренной эвакуации в случае землетрясения.
Озеро Тахо может быть подвержено цунами из-за процессов сбросообразований. Расположенное в Калифорнии и Неваде , оно находится в межгорной котловине, ограниченной сбросами. Большинство этих сбросов находятся на дне озера или скрыты в ледниково-флювиальных отложениях . Озеро Тахо пострадало от доисторических извержений, и при изучении донных отложений озера 10-метровый уступ сместил донные отложения озера, что указывает на то, что вода когда-то была смещена, вызвав цунами. Цунами и сейши в озере Тахо можно рассматривать как мелководные длинные волны, поскольку максимальная глубина воды намного меньше длины волны. Это демонстрирует влияние, которое озера оказывают на характеристики волн цунами, что отличается от характеристик волн цунами в океане, поскольку океан глубже, а озера относительно неглубоки по сравнению с ними. При цунами в океане амплитуды волн увеличиваются только тогда, когда цунами приближается к берегу, однако при цунами в озере волны генерируются и удерживаются в мелководной среде.
Это окажет серьезное влияние на 34 000 постоянных мест проживания вдоль озера и на туризм в этом районе. Накаты цунами затопят районы около озера из-за постоянного проседания грунта, приписываемого землетрясению, при этом самые высокие накаты и амплитуды будут приписаны сейшам, а не самому цунами. Сейши наносят ущерб из-за резонанса в заливах, отражая волны, где они объединяются, образуя более крупные стоячие волны. [1] Озеро Тахо также испытало масштабное обрушение западного края бассейна, который образовал залив Мак-Кинни около 50 000 лет назад. Считалось, что это вызвало волну цунами/сейши высотой около 330 футов (100 м). [3]
Субаэральные потоки масс ( оползни или быстрое оседание масс ) возникают, когда большое количество осадка становится нестабильным в результате сотрясения от землетрясения или насыщения осадка, которое инициирует скользящий слой. Затем объем осадка стекает в озеро, вызывая внезапное большое перемещение воды. Цунами, генерируемые субаэральными потоками масс, определяются с точки зрения первой начальной волны, являющейся волной цунами, и любые цунами с точки зрения субаэральных потоков масс, характеризуются тремя зонами. Зона всплеска или зона генерации волн — это область, где оползни и движение воды связаны, и она простирается до тех пор, пока движется оползень. Далее следует ближняя зона, которая основана на характеристиках волны цунами, таких как амплитуда и длина волны, которые имеют решающее значение для целей прогнозирования. Затем дальняя зона, где процесс в основном зависит от характеристик дисперсии и не часто используется при исследовании цунами в озерах. Большинство цунами в озерах связаны только с процессами ближнего поля. [4]
Современный пример оползня в водохранилище, перекрывающего плотину, произошел в Италии во время катастрофы на плотине Вайонт в 1963 году. Существуют доказательства в палеосейсмологических наблюдениях и других косвенных образцах осадочных кернов катастрофических обрушений горных пород при озерных цунами, вызванных оползнями, по всему миру, в том числе в Женевском озере в 563 году нашей эры . [5]
В случае разрыва Альпийского разлома в Новой Зеландии на Южном острове , прогнозируется, что в прибрежных городах Квинстаун ( озеро Вакатипу ) и Ванака ( озеро Ванака ) будут толчки примерно с модифицированной интенсивностью Меркали 5. Они могут вызвать субаэральные потоки масс, которые могут сгенерировать цунами в озерах. Это будет иметь разрушительные последствия для 28 224 жителей ( перепись населения Новой Зеландии 2013 года ), которые живут в этих прибрежных городах, не только в плане потенциальных потерь жизни и имущества, но и ущерба для процветающей туристической отрасли, на восстановление которой потребуются годы.
Региональный совет Отаго , отвечающий за этот район, признал, что в таком случае в обоих озерах могут возникнуть цунами.
Цунами могут быть вызваны в озерах вулканогенными процессами, в терминах накопления газа, вызывающего сильные перевороты озер , и других процессов, таких как пирокластические потоки , которые требуют более сложного моделирования. Перевороты озер могут быть невероятно опасными и происходят, когда газ, запертый на дне озера, нагревается поднимающейся магмой, вызывая взрыв и выброс газа CO2 ; примером этого является озеро Киву. [ требуется цитата ]
Озеро Киву , одно из Великих африканских озер , находится на границе Демократической Республики Конго и Руанды и является частью Восточно-Африканского разлома . Как часть разлома, оно подвержено вулканической активности под озером. Это привело к накоплению метана и углекислого газа на дне озера, что может привести к сильным лимническим извержениям .
Извержения лимнических озер (также называемые «переворотами озер») происходят из-за вулканического взаимодействия с водой на дне озера, которая имеет высокую концентрацию газа, это приводит к нагреванию озера, и этот быстрый рост температуры спровоцирует взрыв метана, вытесняющий большое количество воды, за которым почти одновременно последует выброс углекислого газа. Этот углекислый газ задушит большое количество людей, а возможное цунами, вызванное водой, вытесненной взрывом газа, затронет всех 2 миллиона человек, которые занимают берега озера Киву. [6] Это невероятно важно, поскольку время предупреждения о таком событии, как переворот озера, невероятно короткое и составляет порядка нескольких минут, и само событие может быть даже не замечено. Обучение местных жителей и подготовка имеют решающее значение в этом случае, и было проведено много исследований в этой области, чтобы попытаться понять, что происходит в озере, чтобы попытаться уменьшить последствия, когда это явление действительно произойдет.
Переворот озера Киву может произойти по одному из двух сценариев. Либо (1) еще до ста лет накопления газа приводит к насыщению озера газом, что приводит к спонтанному выбросу газа, возникающего на глубине, на которой насыщение газом превысило 100%, либо (2) вулканическое или даже сейсмическое событие вызывает переворот. В любом случае сильный вертикальный подъем большого объема воды приводит к образованию шлейфа пузырьков газа и воды, поднимающихся к поверхности воды и через нее. По мере того, как бурлящий столб воды втягивает свежую, насыщенную газом воду, бурлящий столб воды расширяется и становится более энергичным, поскольку происходит виртуальная «цепная реакция», которая будет выглядеть как водяной вулкан. Очень большие объемы воды вытесняются, сначала вертикально, затем горизонтально от центра на поверхности и горизонтально внутрь к дну бурлящего столба воды, питая свежую, насыщенную газом воду. Скорость поднимающегося столба воды увеличивается до тех пор, пока он не поднимется на 25 м или более в центре над уровнем озера. Водный столб может расшириться до размера, значительно превышающего километр, что приведет к сильному возмущению всего озера. Водяному вулкану может потребоваться до суток, чтобы полностью развиться, при этом он выпустит свыше 400 миллиардов кубических метров газа (~12 трлн куб. футов). Некоторые из этих параметров неопределенны, в частности, время, необходимое для высвобождения газа, и высота, на которую может подняться столб воды. В качестве вторичного эффекта, особенно если столб воды ведет себя нерегулярно с серией волн, поверхность озера поднимется на несколько метров и создаст серию цунами или волн, расходящихся от эпицентра извержения. Поверхностные воды могут одновременно устремляться от эпицентра со скоростью до 20-40 м/с, замедляясь по мере увеличения расстояния от центра. Размер создаваемых волн непредсказуем. Высота волн будет максимальной, если столб воды периодически поднимается, в результате чего высота волн достигает 10-20 м. Это вызвано постоянно меняющимся путем, который вертикальный столб проходит к поверхности. Не существует надежной модели, которая могла бы предсказать это общее поведение оборота. Для мер предосторожности от цунами людям необходимо будет перебраться на возвышенность, по крайней мере на 20 м выше уровня озера. Хуже ситуация может сложиться на реке Рузизи, где подъем уровня озера может вызвать внезапное затопление круто наклонной речной долины, опускающейся на 700 м к озеру Танганьика, где возможно, что стена воды высотой 20-50 м может устремиться вниз по ущелью. Вода - не единственная проблема для жителей бассейна Киву; более 400 миллиардов кубических метров выброшенного газа создают облако плотнее воздуха, которое может покрыть всю долину на глубину 300 м и более. Присутствие этого непрозрачного газового облака, которое задушит все живое смесью углекислого газа и метана с примесью сероводорода, стало бы причиной большинства жертв.Жителям рекомендуется подняться на высоту не менее 400 м над уровнем озера, чтобы обеспечить свою безопасность. Как ни странно, риск взрыва газа невелик, поскольку газовое облако содержит всего около 20% метана в углекислом газе, а эту смесь трудно воспламенить.[ необходима ссылка ]
В 23:24 21 июля 2014 года, в период, когда наблюдался рой землетрясений, связанный с предстоящим извержением Бардарбунга , участок шириной 800 м обрушился на склоны исландского вулкана Аскья . Начавшись на высоте 350 м над уровнем воды, он вызвал цунами высотой 20–30 метров по всей кальдере и потенциально больше в локализованных точках удара. Благодаря позднему часу туристов не было; однако поисково-спасательные службы наблюдали поднимающееся из вулкана облако пара, по-видимому, геотермальный пар, выпущенный оползнем. Неизвестно, сыграла ли геотермальная активность роль в оползне. В оползень было вовлечено в общей сложности 30–50 миллионов кубических метров, что подняло уровень воды в кальдере на 1–2 метра. [7]
27 марта 1980 года произошло извержение вулкана Сент-Хеленс, и озеро Спирит приняло на себя полный удар бокового взрыва вулкана. Взрыв и обломочная лавина, связанная с этим извержением, временно сместили большую часть озера со дна и заставили озерные воды подняться волной на высоту до 850 футов (260 м) над уровнем озера на горных склонах вдоль северной береговой линии озера. Обломочная лавина вынесла около 430 000 000 кубических метров (350 000 акров футов) пиролизованных деревьев, другого растительного материала, вулканического пепла и вулканического мусора различного происхождения в озеро Спирит. Отложение этого вулканического материала уменьшило объем озера примерно на 56 000 000 кубических метров (45 000 акров футов). Лахар и пирокластические отложения от извержения заблокировали его естественный сток до извержения в долину реки Норт-Форк-Тоутл на его выходе, подняв уровень поверхности озера на 197 футов (60 м) и 206 футов (63 м). Площадь поверхности озера увеличилась с 1300 акров до примерно 2200 акров, а его максимальная глубина уменьшилась с 190 футов (58 м) до 110 футов (34 м). [8] [9]
Смягчение опасности цунами в озерах имеет огромное значение для сохранения жизни, инфраструктуры и имущества. Для того чтобы управление опасностью цунами в озерах работало на полную мощность, необходимо сбалансировать и взаимодействовать друг с другом четыре аспекта:
Когда все эти аспекты принимаются во внимание и постоянно управляются и поддерживаются, уязвимость области к цунами в озере уменьшается. Это происходит не потому, что сама опасность уменьшилась, а потому, что осведомленность людей, которые могут быть затронуты, делает их более подготовленными к решению ситуации, когда она произойдет. Это сокращает время восстановления и реагирования для области, уменьшая объем разрушений и, в свою очередь, влияние катастрофы на сообщество.
Исследование явлений цунами в озерах для этой статьи было ограничено определенными ограничениями. На международном уровне было проведено достаточно много исследований определенных озер, но не все озера, которые могут быть затронуты этим явлением, были охвачены. Это особенно актуально для Новой Зеландии, где возможное возникновение цунами в крупных озерах признано опасным, но без завершения дополнительных исследований.