海啸,英文词为“tsunami”,源自日语“津波” ,意为港边的波浪,这也显示出日本是一个海啸灾害比较严重的国家。海啸通常由海底地震引起,少量由海底或海岸山崩或滑坡引发,由海底火山喷发引发的几率较低。 当海啸波进入近岸浅水区时,由于深度变浅,波速变小,波高突然增大,这种波浪运动所卷起的海涛,波高可达数十米,形成巨大的水墙,瞬时侵入沿海陆地,造成危害。
海啸通常由海底地震引起。 地震发生时断层两侧的板块如果产生垂直方向的相对位移,则覆盖的海水也会随之产生垂直方向上的相对位移,这样海水原本的平衡状态就会被破坏,抬升板块上方的海水会变高,势能增加,然后向势能比较低的下沉板块方向流动。
也就是说,海底地震会使震中附近的海水突然获得大量势能,在引力的作用下,这个势能会很快转化为动能, 使海水具有很高的速度,形成巨浪向四周扩散,从而引发海啸。
根据震源的深度,可以将地震分为浅源地震(震源深度小于60千米),中源地震(震源深度在60~300千米之间)和深源地震(震源深度大于300千米)。 其中最可能引发海啸的是海底浅源地震。 当震源较深时,断层破裂面不易延伸到海底地表,只局限在海底地表以下,则海底地表在垂直方向上不会发生位移,海水在垂直方向上也不会产生位移,这样在地震波的传播过程当中,海水只是充当传播介质的角色,地震波到达之后,海水虽瞬时获得动能,但同时也在瞬间将此动能传播出去,快速恢复平静。 地震产生的能量就这样由海水传入海底而消散。 同样的,断层破裂面在陆上的地震,除非破裂面延伸到海底地表,否则同理,也不可能引发海啸。
根据地震断层的运动方式可将其分为正断层、逆冲断层和走滑断层。 三种运动方式中,逆冲断层在垂直方向上运动最大,正断层其次,走滑断层几乎没有垂直运动。 相对的,其引发海啸的能力也是越来越低,对于走滑断层地震来说,断层没有倾斜滑移,海底板块只会发生水平位移,作为流体,海水虽然会随之发生水平位移,但位移量远小于海底板块的位移量,海水原本的平衡状态被打破的很有限,而且这种破坏仅限于水平方向,海水不会增加势能。 因此即使发生海啸,规模也不大。
综上所述,可见最可能引发海啸的是断层破裂面在海底地表的逆冲断层地震。
虽然断层破裂面茌海底地表的逆冲断层和正断层地震会引发灾难性的海啸。 但事实上,海啸并不像地震那样发生非常频繁,这就说明,并不是所有的断层破裂面在海底地表的逆冲断层和正断层地震都会引发灾难性的海啸,其中还需要具备一些条件。
以2004年的印度洋海啸为例,印度尼西亚·苏门答腊岛近海是印度-澳洲板块和欧亚板块碰撞的地方,在5000千米长的弧形地带,两大板块发生碰撞,平均每年缩短5~6厘米。 地震时,长期积累的弹性能量瞬间释放出来,几千千米长、几百千米宽、几千米深的海水瞬间被抬高数米,然后以波动的方式向外传播,这就是印度洋海啸产生的过程。
从这个过程可以看出,要想产生海啸,需要具备3个条件:
地震要发生在深海区,地震震级要大和具备开阔并逐渐变浅的海岸条件。
地震要发生在深海区:
道理显而易见,地震释放的能量要想转变为巨大水体的波动能量并具有很强的破坏力,地震必须要发生在深海,只有这样,海底上方才会有足够的水体,发生在浅海地区的地震是产生不了海啸的。
地震震级要大:
浪高是海啸最重要的特征,海岸上观测到的海啸浪高的以2为底数的对数就是海啸的等级。 通常用海啸的等级来表示海啸的规模。
海啸有以下特点：
海啸同风产生的浪或潮是有很大差异的。 微风吹过海洋,泛起相对波长较短的波浪。 相应产生的水流仅限于浅层水体。 即使是台风,它虽然能够在辽阔的海洋卷起高度达30米以上的海浪,但却不能撼动深处的水。 海啸则是从深海海底到海面的整个水体的波动,包含惊人的能量。为了更好的了解海啸,先来了解一下海水的波动。
水体表面的振荡和起伏叫做波浪,而在海洋中产生的波浪就叫做海浪。海浪就是海水质点在它的平衡位置附近产生一种周期性的振动运动和能量的传播。
开阔大洋中的波浪是由水质点的振动形成,当波浪经过时,水质点便画出一个圆圈;在波峰上,每个质点都稍稍向前移动,然后返回波谷中差不多它们原来的位置,也就是说当海浪不断地向前传播时,海水中的质点只是上下振动,并没有跟着向前传播,除非是风等外力作用下使其发生漂移。
海啸是一种特殊的浅水波,其特殊之处在于它的动力来自海底地震或火山,而非风力,并且海水的深度很大,这些决定了海啸具有长波长、能量大和传播速度快3个特点。
具有超长的波长是海啸最大的特点。
1971年美国宇航局(NASA)为了测量海面高程的变化发射了 Jasonl号测高卫星(贾森1号卫星),其精度为厘米级。 就是这颗卫星,在2004年印度洋海啸发生时成功测量到了海啸波传播时海面变化的数据。 从这颗卫星的测量数据可以得知印度洋海啸造成的海面高程最大变化约为0.6米,其波长却高达500千米。 500千米的波长,高度差却不到1米,可见印度洋海啸就像庞大的镜子一般水平地向外传播,直至到达浅水海岸才会波浪升高,形成巨浪。