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Tsunami. Laboratório de Ciências para Crianças

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 Comentários do artigo

"Tsunami" - uma grande onda no porto. Tradução do japonês.

O desastre começou às três horas da manhã com um forte solavanco. Durou apenas alguns segundos ... Após 15 minutos, ouviu-se um forte barulho vindo do mar. Parecia que o mar corria para a terra. Do lado do espeto, onde ficavam os prédios da área das focas, ouviu-se um estalo e um estrondo terríveis ... Ao amanhecer, o espeto parecia completamente limpo, apenas em um lugar era visível algum tipo de pilha disforme ...

Do diário de P. Novograblenov, o primeiro observador soviético de eventos sísmicos em Kamchatka, 1923.

Muito antes do início

Longe da costa do Pacífico, em Leningrado, no prédio do Instituto Hidrológico do Estado, os cientistas construíram um novo Ust-Kamchatsk. Claro, era apenas uma maquete da cidade, mas em grande escala. Parte da Baía de Kamchatka, a foz do rio Kamchatka, os edifícios da cidade são recriados em todos os detalhes - uma área inteira de mais de 4000 km2 está alojada em um pequeno laboratório. A costa, o fundo do mar da maquete são de concreto, e o terreno com todos os detalhes do terreno é de plasticina. Os cientistas polvilharam densamente toda a costa com serragem. Fios elétricos foram lançados na água. Para completar, uma câmera de vídeo tocou em algum lugar sob o teto.

O que é isso? Não é um jogo? Então, por que mais sob a ação do ar comprimido, como o fole de um enorme acordeão, o fundo afunda ou sobe e as ondas sobem na baía de brinquedo de Kamchatka?

Os cientistas decidiram repetir a catástrofe que aconteceu em. 1923. Então um terremoto, que aconteceu longe no mar, deu origem a uma grande onda, que espirrou na praia e destruiu a cidade.

Kamchatka, as ilhas Kuril e japonesas, Sakhalin, Alasca - mesmo a partir de uma enumeração simples, pode-se ver que os tsunamis aparecem com mais frequência no Oceano Pacífico. Nas águas do maior oceano, dezenas de vulcões despertam todos os anos, ocorrem fortes terremotos e, na maioria das vezes, sob o fundo do oceano, onde a crosta terrestre é muito mais fina.

Se fosse possível expor o fundo do Oceano Pacífico, então poderíamos contar nove grandes zonas nas quais ocorrem constantemente falhas ou inchaços da crosta terrestre. Perto do Japão, o fundo do oceano é talvez o mais inquieto. Tem muitas falhas com centenas de quilômetros de extensão. Ao longo dessas "feridas" ora curadas, ora reabertas, os blocos da crosta terrestre estão constantemente se deslocando ou se afastando. A maioria das falhas estão ao longo da costa. Mas também há falhas transversais. E onde as falhas longitudinais e transversais na crosta terrestre se cruzam, ocorrem tremores especialmente fortes. A partir daí, os tsunamis mais altos devem ser esperados.

Aqui e no modelo centenas de vezes, os cientistas realizaram ataques de tsunami em praias de plasticina. Sensores elétricos determinaram flutuações no nível do "mar". O limite da serragem não lavada da costa indicou onde a onda poderia subir, e as filmagens registraram a velocidade das correntes de superfície. Tudo isso junto ajudou a restaurar com certeza a imagem da catástrofe descrita por Novograblenov. E não só para restaurar, mas também para tirar conclusões importantes: os prédios industriais e residenciais de uma cidade em expansão devem ser construídos nos locais onde a onda mais alta não pode subir. As recomendações dos cientistas hidrológicos estão sendo seguidas à risca.

Mas nem todo terremoto causa um tsunami. Somente quando uma seção do fundo do mar - uma espécie de pistão gigante - eleva ou abaixa a coluna de água de vários quilômetros acima dela, as ondas aparecem na superfície do oceano. Esse fenômeno pode ser comparado ao que acontece se um tampão for levantado ou abaixado abruptamente do fundo de uma banheira cheia de água. Por um momento, a seção inferior parece desaparecer. A coluna de água que repousa sobre ela "falha" e um buraco é formado na superfície. No oceano, a altura desse buraco pode chegar a várias centenas de metros e a altura da coluna d'água pode chegar a vários quilômetros. Essa descarga gigante de uma coluna líquida é o futuro do tsunami. Durante um terremoto, um bloco da crosta terrestre também pode atingir o solo. Então o fundo do oceano incha. A coluna de água sobe acima da superfície circundante, o que também gera uma onda alta. A altura dessas ondas diretamente acima das fontes do terremoto atinge várias centenas de metros. Mas já a algumas centenas de quilômetros do epicentro, sua crista suave raramente ultrapassa a altura de 2 M. É por isso que os navios em alto mar não são ameaçados pelo encontro com uma onda alta.

É outra questão quando o navio entra em uma tempestade. Ondas de vento de dez metros o jogam como um chip. E aqui está o que é notável. Flutuações das ondas de vento na camada superficial do oceano. A uma profundidade superior a 30 m existe uma zona estagnada. Lá, nas palavras do famoso oceanólogo Zh. I. Cousteau, existe um verdadeiro mundo de silêncio. Mas o tsunami realmente faz jus ao nome de onda alta. Uma corcova de dois metros é apenas o topo, enquanto a base da onda repousa no fundo do oceano. A propósito, notamos: o peso dessa onda é superior a cem milhões de toneladas. E se você considerar que ele não fica parado, mas literalmente voa sobre o oceano na velocidade de um jato de passageiros, então sua energia é enorme. Os cálculos mostraram que, para obter um tsunami artificial de potência média, é necessário explodir uma bomba grossa de um bilhão de toneladas no fundo do oceano!

Se em mar aberto uma grande onda é absolutamente inofensiva, então, ao se aproximar da costa, seu temperamento muda. Devido ao atrito das partículas de água na rugosidade do fundo, a velocidade de movimento do fundo da onda é significativamente reduzida. Perto da costa, cresce em altura, assume uma forma irregular e vira para a frente a sua crista em forma de meia-lua. P. Novograblenov mediu a altura do tsunami que destruiu Ust-Kamchatsk. A parede de água então se ergueu do mar mais alto do que um prédio de oito andares! A altura de um tsunami também depende muito da configuração da costa. Se estivermos na margem de uma baía com uma entrada estreita, nada temos a temer. A onda gastará uma parte significativa de sua energia para superar a passagem estreita. Uma questão completamente diferente é uma baía aberta em forma de cunha. Aqui, à medida que a onda se move em direção ao topo da cunha, ela diminui de comprimento, mas aumenta de altura. Por esta razão, fozes de rios, estreitos alongados são os lugares mais perigosos.

A humanidade não pode lutar ativamente contra o formidável fenômeno natural da natureza. Até agora, temos que pensar mais na defesa do que na luta. Afinal, é impossível opor a força de um tsunami com a própria força ou contar com a força das estruturas de proteção costeira. É improvável que mesmo a barragem mais perfeita e forte resista ao ataque de centenas de milhões de metros cúbicos de água. É por isso que, quando se trata de construir qualquer estrutura na praia, uma cópia completa em grande escala é criada em laboratório. Com essa modelagem, uma onda destrutiva é facilmente imitada e seus impactos são estudados.

Mas os cientistas estão interessados ​​\u964b\uXNUMXbno modelo não apenas em uma seção separada, embora extensa, da zona costeira. Agora, se fosse possível criar um modelo preciso do Oceano Pacífico com todas as ilhas, costas da Ásia e da América? E tal modelo não é uma fantasia. Claro, não pode ser feito de concreto e plasticina. Todas as dimensões geométricas dos continentes, a frente da onda, sua velocidade e energia, as profundezas do oceano em diferentes pontos e muito mais podem ser inseridos na memória de um computador de alta velocidade. E o computador decidirá onde esperar a onda mais alta, a que horas. Esse trabalho já foi feito para o tsunami que atingiu o porto japonês de Niigata em XNUMX no Instituto Hidrometeorológico de Leningrado e na Universidade de Stanford (EUA). Os resultados dos cálculos em modelos matemáticos foram comparados no recente simpósio sobre tsunamis em Honolulu. Os modelos matemáticos soviéticos e americanos quase coincidiram.

Este é apenas um caso especial de cooperação ativa entre os dois países. Por mais de vinte anos, uma extensa rede de estações costeiras interconectadas opera nas costas do Pacífico da URSS, Japão e EUA. Os cientistas estão constantemente trocando informações, procurando maneiras mais eficazes de detectar uma grande onda, a fim de notificar a população das áreas costeiras sobre o perigo iminente o mais rápido possível. Pelo terceiro ano consecutivo, o navio soviético "Valeryan Uryvaev" faz viagens pelos mares do Extremo Oriente, de onde novos instrumentos científicos soviéticos estão sendo instalados no oceano. O estudo do formidável fenômeno natural da natureza continua e, como você pode ver, em várias direções.

À sua frente está uma seção do oceano. Dispositivos sensíveis são instalados na costa, nas ilhas, estações de bóias de superfície e subaquáticas. Alguns realizam observações da atividade sísmica da crosta terrestre e determinam o epicentro de um terremoto pela velocidade de propagação das vibrações elásticas. Sensores de flutuações do nível do oceano separam as ondas do tsunami das ondas do vento e das marés, e estabelecem o aparecimento das primeiras grandes ondas. Os telêmetros a laser em satélites não apenas fixam o epicentro, o aumento ou a queda do nível do oceano no momento do terremoto, mas também determinam a direção e a velocidade do tsunami. Uma rede tão ampla de instrumentos de gravação deve ser instalada nos pontos mais propensos a tsunamis do Oceano Pacífico.

Na figura (clique para ampliar): 1. Registradores de ondas de tsunami costeiros. 2. Registradores de fundo das ondas do tsunami. 3. Sismógrafos. 4. Estação transmissora de rádio bóia com instrumentos meteorológicos. 5. Satélite com telêmetro a laser. 6. Uma estação de bóia submersa na água. 7. Bóia estação transmissora de rádio. 8. Detector automático de ondas de tsunami com um transdutor de string.

Cuidado - perigo!

O Instituto Hidrometeorológico do Extremo Oriente tem um departamento de tsunami. Sua tarefa é criar um novo serviço automatizado para alertar a população das zonas costeiras sobre o perigo iminente. Ao largo da costa de Kamchatka, Kuril Ridge e Sakhalin, bem como no oceano, diretamente na zona de possíveis terremotos, os cientistas estão instalando muitos instrumentos e sensores.

Em primeiro lugar, instrumentos sensíveis - sismógrafos - monitoram a atividade sísmica da Terra. Eles capturam ondas elásticas, que determinam as coordenadas do epicentro na energia de um terremoto subaquático. Se a energia for alta e o epicentro estiver localizado em uma área onde as ondas altas aparecem com mais frequência, um sinal de alerta é transmitido por fio e linhas de rádio para estações hidrometeorológicas que monitoram o nível do mar. Tendo recebido um sinal, os observadores monitoram as leituras dos medidores de nível de auto-gravação e tentam registrar as primeiras ondas de tsunami, geralmente pequenas. Mas encontrá-los não é tão fácil.

As ondas do vento rolam na costa a cada meio minuto. Duas vezes por dia, o nível do oceano sobe durante as marés altas. Mas as ondas do tsunami atingiram a costa com um intervalo de 10 a 150 minutos. Como, então, distinguir uma onda de vento, um maremoto de um tsunami? Uma bóia flutua em um tubo instalado verticalmente que se comunica com o mar. Ele sobe ou desce e coloca a caneta em movimento, registrando flutuações de nível na fita.

Uma coluna de líquido a uma profundidade de, digamos, 10 m cria uma pressão igual a uma atmosfera. Mas o mar raramente está calmo. Portanto, se um manômetro for instalado a uma certa profundidade, pode-se julgar a altura da onda por suas leituras. As ondas do vento e das marés, sobrepondo-se umas às outras, parecem obscurecer as primeiras ondas do tsunami, ainda baixas. É muito difícil distingui-los com a ajuda de instrumentos flutuantes e hidrostáticos. Além deles, outro aparelho foi instalado. Foi chamado de detector de ondas de tsunami.

 (clique para ampliar)

Vamos nos familiarizar com seu dispositivo (ver. Fig.). O copo corrugado de metal 1 é comprimido sob a ação da pressão hidrostática. Dois capilares de diâmetros diferentes 2 conectam a cavidade do copo com duas câmaras idênticas 3, dentro das quais também são instalados copos corrugados, mas de tamanho menor. Suas cavidades internas se comunicam com a câmara de medição 4, dividida por uma membrana em duas partes. As cavidades internas dos três copos são preenchidas com um fluido incompressível. O sensor é instalado na membrana. Como o detector reage às flutuações do nível do mar? As ondas gigantes só vêm à praia duas vezes por dia. O nível do mar está mudando lentamente, portanto, a pressão hidrostática aumenta gradualmente no local onde o dispositivo está instalado. O copo de metal é gradualmente comprimido, deslocando parte do líquido quase sem resistência através dos capilares para dentro da cavidade interna da câmara de medição. A pressão em ambos os lados da membrana é a mesma, o aparelho é silencioso. O dispositivo é silencioso mesmo quando há ondas de vento comuns no mar. Encontrando resistência significativa nos capilares, o líquido não tem tempo para fluir a uma velocidade suficiente. Neste caso, uma pressão constante atua sobre a membrana.

Somente quando as ondas do tsunami se aproximam é que o efeito das diferentes resistências capilares começa a aparecer. Um capilar com diâmetro maior cria menos resistência ao fluxo de fluido e a pressão em um lado da membrana torna-se maior do que no outro. A membrana dobra, o sensor liga automaticamente os alarmes luminosos e sonoros da estação.

É assim que funciona o serviço de alerta costeiro.

No entanto, os cientistas do instituto estão se esforçando para melhorar a eficiência do sistema de alerta e ganhar algum tempo com o tsunami. Os dispositivos sensíveis são retirados o mais longe possível da costa e são conectados por cabo ou rádio às estações costeiras. Toda uma rede de estações já está equipada nas ilhas, em flutuadores ancorados - bóias.

Em zonas sismicamente ativas a uma profundidade de 5-6 km, são instalados sismógrafos automáticos e detectores sensíveis de ondas de tsunami com transdutores de corda. Os detectores agem como diapasões, como cordas de piano esticadas em uma estrutura rígida. Basta girar a cravelha com a chave em qualquer direção, pois o tom da corda muda. O conversor é baseado no mesmo princípio. Entre o centro da membrana, que é afetado pela pressão hidrostática medida, e o corpo do aparelho, é esticado um fino fio de aço - um barbante. Se o oceano estiver calmo, a corda soa na mesma frequência. Mas assim que as ondas aparecem, a membrana cede, a tensão da corda diminui. O dispositivo eletrônico capta a mudança de inclinação e envia um sinal pelo fio até a bóia.

Estações costeiras, insulares e de bóias não são tudo o que o serviço automatizado terá. Para detectar ondas de tsunami, já estão em andamento experimentos usando um laser. Sabe-se que graças ao laser foi possível medir a distância da Terra à Lua com uma precisão de várias dezenas de centímetros. E por que não instalar um telêmetro a laser no satélite para medir as flutuações do nível do oceano? Talvez em breve haja satélites que monitorarão as ondas do tsunami.

Além do próprio oceano, a ionosfera pode contar sobre o aparecimento de ondas altas. Quando uma seção da crosta terrestre cai ou sobe abruptamente sob a água, uma coluna de ar atmosférico sobe ou desce junto com a coluna de água. Nas camadas superiores, surgem ondas acústicas, que distorcem as ondas de rádio refletidas da ionosfera. Como as ondas acústicas superam o tsunami em várias horas, os cientistas acreditam que o método ionosférico também será usado no serviço de alerta.

As informações de todos os instrumentos e sensores instalados no fundo do mar, nas estações de boias e na costa serão enviadas para um único centro do instituto e enviadas para um computador. A máquina calculará e fará uma recomendação: em que área deve ser esperada a onda mais alta e em quanto tempo. Um alarme disparará nesta área - as pessoas terão tempo de se mudar para um local seguro.

Você sabe disso ...

... Tsunamis podem ser causados ​​não apenas por deslocamentos de enormes blocos de terra do fundo do oceano. Durante a erupção do Krakatau no verão de 1883, uma explosão de força sem precedentes sacudiu a terra. A ilha-vulcão (suas dimensões eram de aproximadamente 5 por 10) explodiu no ar e fragmentos de rocha com um volume de 20 km3 caíram nas águas do Estreito de Sunda. Foram eles que provocaram uma onda gigante que, embora já enfraquecida, foi registrada nas costas da França e da Inglaterra, ou seja, passou pelo Oceano Índico, contornou a África e entrou no Atlântico.

... A atmosfera também pode gerar tsunamis. Assim que a pressão atmosférica em algum lugar acima do oceano cair apenas 1 mm, o nível da água nessa área aumentará 13 mm. E a pressão atmosférica às vezes cai muitas dezenas de milímetros, como acontece durante os tufões. Algo semelhante a uma colina é criado na superfície da água, que, com uma mudança brusca do ciclone, se instala instantaneamente e gera ondas.

... Em julho de 1958, na costa do Alasca, uma grande avalanche desceu das encostas do Monte Fairweather, contendo uma massa de gelo, neve e solo. A onda subindo depois atingiu mais de 500 m de altura. Não é de surpreender que ela "com a cabeça" cobrisse a ilha próxima.

...Recentemente, ondas de tsunami foram detectadas... na Lua. Segundo os astrônomos, as numerosas estruturas montanhosas em forma de anel que cercam a maioria das crateras lunares com um diâmetro de 200 km podem ser lobos do tsunami preservados. Meteoritos caindo na superfície ainda não resfriada da Lua perfuraram sua fina casca endurecida. Rocha derretida subiu das entranhas para o buraco formado. Como um líquido comum, formou ondas, que congelaram para sempre.

...Há treze anos, na ilha de Urup, que faz parte da cadeia das Curilas, vivia uma grande manada de lontras marinhas. Depois de dois devastadores ataques de tsunami, as águas costeiras rasas ficaram cobertas de pedras. O equilíbrio alimentar dos animais foi perturbado e seus números foram drasticamente reduzidos. Mas aqui está um padrão interessante. Logo após o tsunami, uma explosão ambiental foi notada na mesma ilha. O rebanho de urupsia não apenas se recuperou rapidamente, mas também aumentou. De acordo com o zoólogo de Sakhalin, Viktor Voronov, os tsunamis destroem e criam. Um arado gigante levanta uma quantidade enorme de nutrientes das profundezas. As ondas aram e fertilizam a plataforma costeira. Em um "caldo" tão nutritivo, fito e zooplâncton se desenvolvem rapidamente, cardumes de peixes crescem. Portanto, a lontra marinha escolheu como local de residência a ilha, que anualmente é submetida a ataques de tsunami.

... Calculado e experimentalmente, os cientistas chegaram à conclusão de que as ondas do tsunami decaem com a distância do epicentro na proporção da distância, levada aproximadamente à potência de 5/6. Flutuações na crosta terrestre sob o fundo do oceano podem causar não uma, mas várias ondas. Qual deles é o mais perigoso - o primeiro, o segundo, o terceiro? Acontece que o tsunami alterna em seu crescimento relativo à medida que se afasta do local de origem. Por exemplo, perto do epicentro, a segunda onda é mais alta que a primeira. Mas quanto mais longe da fonte, maior o número de série é a onda máxima.

...A energia característica de um terremoto é a magnitude medida por um sismógrafo. A escala de magnitude foi proposta por Charles Richter. O terremoto mais poderoso tem magnitude ligeiramente inferior a 9. Os sismólogos acreditam que se a magnitude na escala Richter for 7 ou mais, a ocorrência de um tsunami é quase completamente inevitável. Se for menor, então a probabilidade de um tsunami é próxima de zero.

Autor: V.Rotov

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