Za akých podmienok vzniká tsunami?

10.02.2005
 

< Späť --     Úvodná stránka      -- Ďalší >



Mapa otrasov zo dňa 26.decembra 2004 a nasledujúcich dní. Modrou čiarou sú ohraničené jednotlivé tektonické vrstvy (mená vrstiev sú uvedené tiež) Trojuholníky medzi burmskou a indickou tektonickou vrstvou ukazujú pomocou trojuholníkov, že indická tektonická vrstva sa posúva pod burmskú. Pri uvoľnení napätia vo forme zemetrasenia, sa indická nadvihla a burmská mierne poklesla, čo spôsobilo, že predzvesťou tsunami bolo v Indonézii markantný odliv na pobreží (mnohí turisti šli vtedy zachraňovať ryby, ktoré uviazli na odkrytom pobreží) nasledovaný vlnou tsunami.
Poďakovanie: M. P. Muno National Aeronautics Center and Space Administration (NASA)


Nová štúdia zemetrasenia, ktoré sa odohralo 26-ho decembra 2004 v Indonézii a vyvolalo smrtiace tsunami v oblasti, predpovedá, že sila zemetrasenia mierne zmenila tvar našej Zeme a tým sa skrátilo trvanie dňa o 3 milióntiny sekundy. Rotácia Zeme sa spomaluje každý deň, v priemere o 4 stomilióntiny sekundy denne (o 0,0016 sekundy za storočie). Dni sa teda bežne predlžujú, čo je spôsobené gravitačným hlavne pôsobením Mesiaca a Slnka (hlavne slapové sily vyvolávajúce príliv a odliv). Aj z pomeru týchto dvoch údajov je vidieť mohutnosť zemetrasenia, ktoré sa odohralo 26-ho decembra. Súčasne so zmenou tvaru Zeme sa vyvolalo aj posunutie jej rotačnej osi (severného a južného pólu) o niekoľko centimetrov.
Tieto Zmeny sú samozrejme len veľmi ťažko merateľné. Popredný odborník na analýzu rotácie Zeme Fong Chao z Goddardovho strediska vesmírnych letov upozorňuje na to, že každý pohyb na povrchu Zeme vplýva na jej rotáciu. Veľkosť tohto vplyvu je úmerný veľkosti vplyvu, ale v princípe aj to, že nasadnete do vášho auta, alebo to, že zvýšite prepravovanú hmotnosť v autobuse, keď cestujete, vplýva na rýchlosť rotácie Zeme.
Fong Chao vypočítava vplyv zemetrasení na rotáciu Zeme naprosto rutinne ako aj ich vplyv na preusporiadanie hmoty Zeme a posunutie rotačnej osi Zeme. Podľa jeho výpočtov sa Zemská os posunula o 2,5 cm pozdĺž 145-ej východnej zemepisnej dĺžky. posledné štúdie poukazujú na to, že posúvanie rotačnej osi v tomto zistenom smere je už dlhodobým trendom.
Skrátenie dĺžky dňa o 3 milióntiny sekundy (2,68 mikrosekúnd) je dôsledkom "zoštíhlenia" Zeme - tento efekt je ten istý, ako zrýchlenie otočiek u krasokorčuliara, ktorý pri piruete pripaží. Veľkosť vplyvu zemetrasení môžeme priblížiť nasledujúcim príkladom. Ak v Číne napustia vodnú nádrž Troch úžľabín, čo predstavuje zadržanie 40 kilometrov kubických vody, rotácia Zeme sa spomalí len o 0,06 mikrosekundy.
Tieto zmeny v dĺžke trvania dňa (vrátane tých spôsobených zemetrasením 26-ho decembra) sa nedajú zmerať na dnešnej úrovni technológie, jedine posunutie rotačnej osi by mohlo byť tak významné, že by bolo možné tieto výpočty v krátkom čase potvrdiť.


Za akých podmienok môže zemetrasenie vyvolať tsunami?

Silné zemetrasenie pri západnom pobreží Indonézie, ktoré vypuklo 26-ho decembra 2004 malo intenzitu 9 podľa modifikovanej Richterovej stupnice. Bolo to štvrté najväčši zemetrasenie za posledných sto rokov a súčasne najväčšie od roku 1964, ktoré vypuklo v roku 1964 na Alaske.
Ničivé zemetrasenie vypuklo v mieste, kde sa stretávajú indická a burmská tektonická vrstva. Povrch Zeme nie je jednoliata škrupina, ale systém samostatne sa pohybujúcich kusov povrchu, tektonických vrstiev. Na týchto vrstvách sa nachádzajú kontinenty (pod jedným kontinentom sa môže nachádzať aj viac tektonických vrstiev), ale aj dno morí a oceánov. Výskum ostatných planét slnečnej sústavy ukázalo, že existencia magnetického poľa planéty jej úzko spojitá existenciou tektonickej činnosti na danej planéte. Tektonická činnosť je zrejme prepojená zložitými pohybmi pod zemskou kôrou, vnútrajšok Zeme je v pohybu a unáša tektonické vrstvy (rýchlosťou niekoľko centimetrov za rok). Pohyb vnútrajšku Zeme generuje okolo seba silné magnetické pole, ako dynamo. Magnetické pole nás chráni pred mohutným slnečným vetrom. To, že Merkúr nemá atmosféru a to, že atmosféra Marsu sa zmenšila postupne na dnešnú hodnotu a nedosahuje ani stotinu atmosféry Zeme, je dôsledkom, že tieto planéty nemajú významnejšie ochranné magnetické pole. Tektonické pohyby a nimi vyvolané katastrofy sú druhou stránkou mince, ktorou platíme za ochranu poskytovanej magnetickým poľom Zeme.


Horný obrázok z 29-ho decembra 2004 ukazuje zničené Lhoknga v Indonézii. Mesto sa nachádza v provincii Aceh, v severnom sípe Sumatry.
Dolný obrázok ukazuje Lhoknga rok pred tsunami (10. január. 2004).
Detailný záber si môžete pozrieť kliknutím na obrázok.
Poďakovanie: Centre for Remote Imaging, Sensing and Processing, National University of Singapore and Space Imaging


Vráťme sa ale k hlavnej otázke. Indická tektonická vrstva sa pomaly podsúva pod Burmskú tektonickú vrstvu a pomaly ju dvíha, pričom vzniká v tejto oblasti obrovské pnutie, hromadenie statickej energie. Trenie medzi tektonickými vrstvami hromadí pnutie, ale súčasne keď pnutie prekoná trecie sily a pevnosť materiálu, dostáva sa všetko rýchlo do pohybu uvoľňujúc nahromadenú energiu. Tektonické dosky zmenia svoju vzájomnú pozíciu, jedna poklesne, druhá sa nadvihne a hýbe sa s nimi všetko, čo je s nimi spojené.
Morské dno sa môže nadvihnúť za pár sekúnd o niekoľko metrov. Voda nachádzajúca sa nad miestom, ktoré sa nadvihlo je nadvihnutá tiež, niekedy aj o desiatky metrov. Jedná sa o tisíce a tisíce kilometrov kubických vody, na veľkej rozlohe, ktorých hladina sa ocitne o niekoľko desiatok metrov vyššie, než hladina okolitých morí. Gravitácia okamžite začne vyrovnávať hladinu vodných plôch. Z nadvihnutého miest voda začne odtekať všetkými smermi (ak dno pokleslo, tak samozrejme voda začne pritekať z nepoklesnutých oblastí.). Na hladine vznikne obrovská "vypuklina", vlna s obrovskou vlnovou dĺžkou (môže dosahovať stovky kilometrov). Kým voda, jeho molekuly, menia svoje miesto relatívne pomaly, asi tak, ako keď vylejete z nejakej nádoby, táto obrovská vlna sa pohybuje obrovskou rýchlosťou, sú to stovky kilometrov za hodinu. Zdôrazňujeme, že táto obrovská rýchlosť nie je rýchlosť, ktorou sa pohybujú molekuly vody (nie je to rýchlosť prúdenia vody), ale rýchlosť, ktorou sa posúva "poprehýbanosť" povrchu vodných plôch. Je to ako keď zástava sa trepoce vo vetre. Záhyby sa pohybujú, šíria sa vlny (prehyby) po zástave, ale zástava stále zostáva na stožiare. Základná vlastnosť týchto vĺn je, že ich rýchlosť je o to väčšia, čím je dĺžka prehybu, vzdialenosť medzi dvomi po sebe idúcich vrcholmi (vlnová dĺžka) väčšia. Na otvorenom mori nie sú dobre pozorovateľné, čo môžeme pochopiť aj z toho, že pokiaľ ich vlnová dĺžka (vzdialenosť medzi susednými vrcholmi) niečo okolo sto kilometrov, potom sa šíri rýchlosťou okolo sto-dvesto kilometrov za hodinu. Aj keby bola výška vlny 10 metrov, než sa dostanete z vrcholu do "údolia", uplynie niekoľko desiatok minút. Jednoducho to ani nepostrehnete.
Povieme si hneď, že nie len zemetrasenie môže vyvolať takéto poprehýbania povrchu vodných plôch (ďalej budeme hovoriť len o vlnách). Môže to byť spôsobené tiež zosunutím veľkého objemu pôdy alebo ľadovcov do oceánov, výbuchom sopky pod hladinou, dopadom meteoru do oceánu (alebo do jeho pobrežných vôd, či pobrežie). Lokálne tsunami môže vyvolať aj výbuch chemikálií v prístave a podobné udalosť (uviedli sme príklady, ktoré sa dajú aj dokumentovať).
Prečo niektoré podmorské zemetrasenia vyvolajú tsunami a iné nie?
Za prvé, zemetrasenie musí byť dostatočne silné, musí sa uvolniť dostatočné množstvo energie. Tsunami vyžadujú zemetrasenia aspoň siedmeho stupňa modifikovanej Richterovej stupnice. Veľmi ničivé tsunami vyžadujú ôsmeho vyššieho stupňa tejto škály.


Horný záber ukazuje Kalutaru (Sri Lanka) 26-ho decembra 2004, v 10:20 doobeda. Pri porovnaní s obrázkom dole zhotoveného 1-ho januára 2004 je vidieť markantný rozdiel v spôsobu vlnenia vodných plôch. Kliknutím na obrázok si môžete pozrieť detailný záber. Poďakovanie: DigitalGlobe

Aj keď zemetrasenie má požadovanú silu, nie je isté, že vyvolá tsunami. Je podstatné, že náhla zmena podložia musí mať vertikálnu zložku (musí sa nadvihnúť, alebo poklesnúť). Zemetrasenia, ktoré vyvolávajú pozdĺžne prekĺzavanie tektonických vrstiev bez vertikálneho pohybu (aký je častý v Kalifornii) nedokážu vyvolať významné tsunami. Je to preto, lebo voda dobre kĺza. Ak otočíte (vodorovne) tanier s polievkou, tak polievka vám sleduje otáčavý pohyb taniera veľmi neochotne.
Vertikálny pohyb nastáva najčastejšie tam, kde jedna vrstva podkĺzava pod druhú. Ak dôjde k uvoľneniu napätia, jedna z vrstiev sa môže nadvihnúť až o 20 metrov (výška 6 poschodovej budovy).
Globálna seizmická analýza ukazuje, že pri zemetrasení 26-ho decembra došlo k nadvihnutiu v najexponovanejšom mieste až o 20 metrov. Pohyb samozrejme nebol v jednom jedinom bode, ale pozdĺž celého zlomu (zlom sa tiahne v 10 až 15 stupňovom smere na sever) a nebol všade rovnako veľký. Priemerne (pozdĺž celého zlomu) sa jednalo o zmenu výšky o 2 metre.
Kým na jednej strane zlomu došlo k nadvihnutiu podložia, na druhej zase došlo k miernemu poklesu o pár metrov. Kým na poklesnutej strane došlo k "odsávaniu" vody z okolia, na druhej došlo k jej "rozlievaniu". Obidva pohyby určujú priebeh tsunami. V prvom prípade dochádza najprv k nečakanému odlivu na pobreží, po ktorej nasleduje nával prílivových vĺn, v druhom prípade prílivové vlny prichádzajú hneď.
Niekedy aj relatívne slabé zemetrasenie môže vyvolať veľké tsunami. Príkladom je zemetrasenie z roku 1946, ktoré vyvolalo na ostrove Unimak ničivé tsunami (západný cíp Alasky). Sila zemetrasenia bola "len" niečo okolo 7.3 až 7.8, ale zemetrasenie uvolnilo pnutie skoro v celej šírke Pacifiku a vyvolalo nakoniec tsunami, ktoré by normálne vyžadovalo zemetrasenie so silou 9.
Keď v roku 1833 vybuchol ostrov Krakatoa a ostrov doslova vyletel do vzduchu roztrhaný na kusy, vznikla pod hladinou obrovská kaldera. Tsunami vznikla jednak prvotným výbuchom, následným nahrnutím vody do kaldery a opätovným pádom kusov ostrova do okolitých vôd. Vzniklé tsunami zmietlo prakticky celé pobrežie Indického oceánu, často ničivejšie, než zemetrasenie z 26-ho decembra.


Zábery satelitu Terra ukazujú provinciu Aceh 27-ho decembra 2005 (horný obrázok) a 17-ho decembra 2005 pred zásahom tsunami (dolný obrázok). Kliknutím si môžete pozrieť detailnejší záber, na ktorom je badateľné, že západné pobrežie Sumatry vykazuje bujnú vegetáciu až po vodné plochy, kde tu prerušené plážami s bielym pieskom. Záber po zásahu tsunami však ukazuje, že celé západné pobrežie je jeden hnedý pás, vegetácia bola zničená, či zanesená bahnom prineseným prílivovou vlnou. Viditeľný pás zasahuje do vnútrozemia miestami až do hĺbky 3 kilometrov.
Poďakovanie: NASA MODIS Rapid Response team

Ľudstvo nemá vlastné skúsenosti s tsunami, ktoré by vyvolal pád meteoru do oceánu. Najničivejšie tsunami v geologickej histórii však pravdepodobne vyvolal meteorit, ktorý vytvoril štruktúru nazývanú Chicxlubu na Yucatane v Mexiku. Udalosť sa odohrala približne pred 65 miliónmi rokov a mohla spôsobiť vyhynutie mnohých živočíšnych i rastlinných druhov (pravdepodobne aj dinosaurov).
Tento meteor a balisticky rozmetanými kusy zeme mohli vyvolať tsunami s prílivovými vlnami presahujúcimi neuveriteľných 300 metrov! Stopy ničivej prílivovej vlny nachádzajú hlboko vo vnútrozemí viacerých kontinentov.
Veľmi lokálne tsunami sa vytvorilo 12-ho decembra 1917 v prístave Halifaxu v Novom Škótsku. Výbuch nákladu prepravnej lode, ktorá prevážala muníciu (zúrila Prvá svetová vojna) vyvolala 20 metrovú prílivovú vlnu, ktorá vtrhla do prístavného mesta.
Tsunami môžu vznikať aj pri zosuvu pôdy do jazier, fjordov alebo iných čiastočne ohraničených vodných plôch. V roku 1958 v Zátoke Lituya (juho-východná časť ALasky) došlo k zemetraseniu stupňa 8, v dôsledku čoho obrovské skalné masy sa zosunuli do zátoky Lituya veľkou rýchlosťou a vyvolali tsunami na náprotivnej strane zátoky s prílivovou vlnou zasahujúcou do výšky pol kilometra (520 metrov). Prilivová vlna strhla z pobrežia všetky stromy a všetku pôdu zanechajúc za sebou len skalné podložie.
Problematiku tsunami komplikuje aj vertikálny profil pobrežia, ktoré je postihnuté prílivovými vlnami. To, čo sme povedali o súvislosti medzi dĺžkou vlny a rýchlosťou, ktorou sa pohybuje, platí len v hlbokých vodách. Výška vĺn vzdialenosťou od epicentra pomaly klesá (pokiaľ nevznikla za špeciálnych podmienok). Rýchlosť, ktorou postupuje, sa však zmenší v plytkých vodách (v 1 m hlbokej vode má rýchlosť okolo 10 metrov za sekundu, tj. 36 kilometrov za hodinu). Práve toto spomalenie je príčinou nárastu vlny. Zadná časť kilometre dlhej ale relatívne malej vlny dobieha spomalené čelo vlny, voda je ale nestlačiteľná a voda narastá do výšky.
Tento efekt je veľmi závislý od pobrežia. Napríklad príliv a odliv vyvolaný gravitačným pôsobením Mesiaca (a Slnka) je dôsledkom tohoto efektu. Kým na otvorenom mori je zmena výšky hladiny pôsobením Mesiaca doslovne nepatrné (rádovo centimeter), na pobreží môže dosahovať až 20 metrov. Sú však miesta, kde nevzniká významný príliv a odliv, lebo vertikálny profil pobrežia to nepodporuje.

Čo je modifikovaná Richterova stupnica?

Seizmická aktivita povrchu zeme môže mať devastujúce účinky na budovy, cesty, potrubia a na všetko, čo sa nachádza na povrchu zeme. Na jeho meranie sa vypracovalo logaritmická stupnica, nazývajúca sa modifikovaná Richterova stupnica. Táto stupnica odráža zmeny výšky podložia a uvoľnenej energie asi nasledovne
zmena magnitúdy o zmena výšky o násobok zmena energie o násobok
1,0 10 násobok 32 násobok
0,5 3,2 násobok 5,5 násobok
0,1 1,3 násobok 1,4 násobok
Napríklad zemetrasenie so silou (s magnitúdou) 7.5 predstavuje zmenu výšky 10 násobne väčšiu, ako zemetrasenie s magnitúdou 6.5 a uvolní 32 krát viac energie.


-AT-


< Späť --     Úvodná stránka      -- Ďalší >