1.地震活動引起的海嘯
地震活動是海嘯的主要原因。在海洋中或附近,當地震形成或減弱時,就會發生海嘯。地震發生時,海底板塊變形,導致海水移動。地震減弱時,地殼板塊相互滑動,產生大量氣旋,進而導致大量海水置換和轉移(圖6-3)。
圖6-3地震活動引發海嘯示意圖
地震時,地震斷層主要有三種運動方式(圖6-4):正斷層、逆沖斷層和走滑斷層。三種運動方式中,逆沖斷層的垂直運動最大,正斷層次之,走滑斷層幾乎沒有垂直運動。海嘯主要是由海洋中逆沖斷層的地震引起的。逆沖斷層運動時,海底突然垂直運動,導致整個海水急劇上升,水體發生波動並向外擴散,從而產生海嘯。
圖6-4斷層類型及引發海嘯特征示意圖
地震引發海嘯的過程如下(圖6-5): ①俯沖板塊俯沖到上覆板塊之下;(2)兩個板塊緊密接觸,俯沖使上覆板塊緩慢變形,不斷積累彈性能量;(3)當儲能達到極限時,緊密接觸的兩個板塊突然滑動,疊加的板塊“彈起”巨大的水柱;(4)水柱向兩側擴散,形成海嘯。最初的海嘯分裂成兩波,壹波流向深海,另壹波流向附近的海岸。受大陸架地形的影響,向海岸行進的海嘯與海底相互作用,速度減慢,波長減小,振幅增大(可達數十米),對海岸造成極大的破壞。
圖6-5地震引發的海嘯剖面圖
這裏有壹些地震引發海嘯的例子。
1755裏斯本地震和海嘯
葡萄牙是壹個海洋大國。裏斯本,其首都在1755,是世界上最繁榮的城市之壹,擁有25萬人口。今年6月165438+10月1日,人們在教堂參加宗教儀式時註意到吊燈晃動,隨後裏斯本發生強烈地震和海嘯。幸存者對裏斯本地震的影響描述如下:首先,城市強烈搖晃,高高的屋頂“像微風中的麥浪壹樣起伏”,隨後強烈搖晃,許多大型建築的立面像瀑布壹樣墜入街道,留下光禿禿的瓦礫,作為被落下的瓦礫擊中的死者的墳墓。然後,海水幾次沖進城市,淹死毫無準備的人,淹沒城市低窪的地方。隨後教堂和民房起火,許多分散的火逐漸匯成壹場大火。
地震波及大面積地區,英國、北歐和北非均有強烈震感。最近裏斯本1755地震的震級估計在8.4到8.7之間。它是由非洲板塊和歐亞板塊碰撞造成的。
1960智利地震和海嘯
1960,智利沿海發生大地震。這是人類有儀器後,地球上記錄到的最大地震。其震級為9.5級,是迄今為止所有地震的最高值。智利沿海的地震引發了巨大的海嘯。
智利地震引發的海嘯在15h後到達夏威夷。第壹次海嘯襲擊夏威夷是在13年5月的深夜,隨後的海嘯波以30 min左右的間隔襲擊了數次,每次威力都更大。第三次海嘯是最大的。它於早上1: 04登陸,摧毀了岸上的建築和設施。岸邊的馬路上原本立著壹座巨大的鐘。海嘯襲擊毀壞了鐘架,鐘掉到了地上。時鐘的指針永遠記錄了海嘯襲擊的時間:1: 04。現在人們把這個倒下的鐘做成紀念碑,紀念1960年夏威夷海嘯。
2004年印度尼西亞地震和海嘯
2004年,印度尼西亞蘇門答臘島附近的深海發生大地震。蘇門答臘島附近的地震發生在水深超過1000 m的深海,震級為9級。它是近50年來世界上最大的地震,也是印度洋地區歷史上最大的地震,而且符合斷層面垂直錯動引發海嘯的條件,所以產生了巨大的海嘯。
震中是壹片無人居住的海洋,所以地震本身造成的人員傷亡很少。然而,地震產生的海嘯襲擊了距離千千數百米或數米遠的不設防沿海地帶,那裏人口密集,災情嚴重(圖6-6)。印度洋地震引發的海嘯波及印尼、斯裏蘭卡、泰國、印度、馬來西亞、孟加拉國、緬甸、馬爾代夫等國,兩周內遇難總人數已超過25萬。
2.海底沈積物崩塌和火山爆發引發的海嘯
海底沈積物的崩塌也會導致海嘯(圖6-7)。地震或海底火山爆發時,往往會發生海底滑坡。這些滑坡和地震落下的沈積物和巖石也會導致大規模的海水運動和海嘯。此外,海底斜坡沈積物的崩塌也會引起小型海嘯,但不會像陸地那樣造成嚴重災害。
當強烈爆發的火山爆發時,也會產生海嘯。1883年印尼喀拉喀托島火山爆發時,猶如5億噸炸藥爆炸產生的巨浪。海嘯的最高海浪超過30米,淹沒了附近的幾個島嶼,淹死了36000名居民。附近的海岸被摧毀了。當海嘯到達非洲和澳大利亞海岸時,浪高仍然是2米。美國舊金山的測波儀記錄了當時傳輸的海嘯波。
3.宇宙因素引發的海嘯
在海洋中,宇宙的影響是能引起海嘯的重要因素(圖6-8)。這就像往池塘裏扔壹塊石頭。當石頭撞擊水面時,會從落點引發微波爆發。在宇宙的影響下,這些微波會導致大規模的海嘯,當海水接近岸邊時,海嘯會加大。其中,能引起大規模海嘯的主要是隕石墜入海洋引起的海嘯,海嘯能量的強弱主要取決於隕石墜入海洋的質量和速度。
圖6-6印度尼西亞地震災區海嘯前後圖像對比
圖6-7海底沈積物崩塌和火山爆發引發的海嘯示意圖
4.氣象變化引起的風暴潮和海嘯的區別
氣象變化引起的風暴潮也會引起海水的強烈波動。但是,海嘯和風暴潮有明顯的區別(圖6-9)。
圖6-8泥盆紀弗雷澤-法門紀之交與小行星碰撞相關的海嘯模型
泥盆紀弗雷澤-法門期之交古大陸和古海洋的全球分布;與古特提斯洋小行星碰撞有關的b-海嘯;中國南方與小行星碰撞有關的海嘯
圖6-9風生波和海嘯波的區別
(1)原因不壹樣。風暴潮是由海面的大氣運動引起的,而海嘯是由海底的波動引起的。前者主要是海面的運動,後者是海水的整體運動。
(2)波長不同。海嘯的波長是幾百公裏,而風暴潮的周期小於1公裏。與海水的平均深度(幾千米)相比,海嘯的波長要大得多,水深達到幾千米。但海洋對於波長幾百公裏的海嘯來說就像壹灘淺水,所以海嘯波是壹種“淺水波”,而風暴潮的波長比海水深度小得多,所以是壹種“水波深”。
(3)傳播速度不同。海嘯傳播速度快,可達700 ~ 900 km/h(相當於壹架越洋波音747的速度),而表面波傳播速度慢,風暴潮更快,最快臺風速度也只有200km/h左右,比海嘯慢很多。
(4)激發的難度不同。海浪或風暴潮很容易由風或風暴引發,而海嘯則由海底地震或火山爆發產生。只有少數大地震和強烈的火山爆發會在極其特殊的條件下引發災難性的海嘯。有風有風暴的地方,必有風暴潮;大地震的時候,不壹定會產生海嘯。大約十次地震中只有壹次或兩次會引發海嘯。雖然已經有很多解釋認為只有少數地震才會產生海嘯,但這仍然是壹個需要不斷研究的問題。
除了自然因素引發的海嘯,海底核爆也會引發人工海嘯。
但現代海洋災害的研究表明,並不是所有的海底地震、火山爆發、山體滑坡或崩塌都能引發破壞性海嘯,只有海底劇烈變形才會引發海嘯。例如,破壞性地震和海嘯只有在地震中存在垂直斷層且裏氏震級達到6.5級以上時才會觸發。因此,地震和海嘯主要是由淺源地震(震中深度為0 ~ 70 km)引起的,尤其是在地殼淺部。
海底地震、火山爆發和大規模海底滑坡或崩塌主要發生在活動構造背景下。現代地震和火山噴發主要分布在環太平洋活動大陸邊緣帶、阿爾卑斯-喜馬拉雅-印度尼西亞大陸碰撞帶、大洋中脊(中央裂谷)帶和大陸裂谷帶(如東非裂谷、紅海-亞丁灣、死海裂谷等。).對全球2400次有記錄的海嘯的分析表明,全球每10年發生壹次大海嘯。大多數海嘯是由地震活動引發的,主要分布在太平洋。個別發生在印度洋和地中海,如1945年2月28日卡拉奇以西288公裏附近海底地震引發的海嘯,到達阿拉伯海岸12 ~ 15m,造成巨大災害。火山噴發引發海嘯的記錄只有壹次,那就是1883年印度尼西亞巽他海峽喀拉喀托火山噴發引發的海嘯。其他火山,如太平洋周邊火山活動形成的海嘯,規模較小,破壞性不大。海底滑坡崩塌只是引起了局部海水騷動,不至於引發大海嘯。按照從過去判斷現在的原則,地質歷史時期的古海嘯也應該是在類似的活動構造背景下形成的。
地質歷史時期,構造背景復雜多變。因此,在古海洋裂谷盆地和初始洋盆、活動大陸邊緣盆地和洋盆及殘留盆地的構造背景下,發生海嘯的可能性很大。在沈積記錄中識別海嘯沈積物(海嘯巖石)有助於了解古代海嘯的存在。