Откуда берутся цунами и почему они опасны для побережий Японии

Как рождается гигантская волна под толщей воды

Обычные морские волны создает ветер. Он скользит по поверхности океана, заставляя колебаться лишь верхний слой воды толщиной в несколько метров. Цунами устроено принципиально иначе. Это перемещение всей толщи воды от самого дна до поверхности на глубине в четыре или шесть километров.

Главный спусковой крючок цунами — сильное подводное землетрясение. Литосферные плиты постоянно и очень медленно двигаются навстречу друг другу. В местах их столкновения край одной плиты затягивается под другую, изгибается и накапливает колоссальное напряжение. В какой-то момент порода не выдерживает и трескается. Верхняя плита резко выпрямляется, словно сорвавшаяся пружина, и подскакивает вверх на несколько метров вместе с участком морского дна площадью в тысячи квадратных километров.

Этот удар снизу выталкивает вверх водяной столб. На поверхности океана возникает покатый холм, который под действием силы тяжести начинает опадать и порождает серию волн. В открытом море эти волны имеют огромную длину, достигая ста или двухсот километров между гребнями, но их высота редко превышает один метр. Корабль на глубокой воде пропустит такую волну под килем совершенно незаметно. При этом скорость движения цунами в океане сравнима со скоростью пассажирского реактивного самолета и составляет от семисот до девятисот километров в час.

Почему географическое положение Японии делает ее главной мишенью

Само слово «цунами» пришло из японского языка и переводится как «волна в гавани». Это название возникло потому, что рыбаки выходили в море, не замечая ничего подозрительного, а по возвращении находили свои прибрежные деревни полностью разрушенными стихией. Япония веками страдает от этих волн из-за уникального и опасного геологического расположения.

Японский архипелаг лежит в зоне Тихоокеанского вулканического огненного кольца. Под островами и рядом с ними сходятся сразу четыре гигантские тектонические плиты: Тихоокеанская, Филиппинская, Евразийская и Северо-Американская плита, частью которой ученые считают Охотоморский блок. Тихоокеанская плита скользит на запад и с постоянной скоростью около восьми-девяти сантиметров в год погружается под соседние массивы суши.

• Японский желоб протянулся вдоль северо-восточного побережья острова Хонсю на глубину свыше восьми тысяч метров, создавая постоянную угрозу подводных толчков магнитудой выше восьми.
• Курило-Камчатский желоб на севере напрямую угрожает острову Хоккайдо мощными сейсмическими толчками.
• Желоб Нанкай на юге каждые сто или сто пятьдесят лет генерирует разрушительные землетрясения, способные залить плотно заселенные равнины вокруг Токио, Осаки и Нагои.

Очаги этих землетрясений располагаются очень близко к японским берегам — порой на расстоянии всего пятидесяти-ста пятидесяти километров. В отличие от волн, идущих через весь Тихий океан от берегов Чили более двадцати часов, местная волна обрушивается на сушу через пятнадцать-тридцать минут после первых толчков. У людей остается крайне мало времени на спасение.

Эффект мелководья и ловушка узких заливов

Пока волна несется по глубокому океану, ее энергия распределена по колоссальной толще воды. Опасной она становится только у береговой линии. Подходя к суше, волна натыкается на поднимающееся дно. Нижняя ее часть начинает тормозить о шельф из-за трения, и скорость цунами падает примерно до пятидесяти или семидесяти километров в час.

Однако колоссальная масса воды позади гребня продолжает накатывать с прежней силой. Законы физики требуют сохранения энергии: поскольку волна сжимается по длине, она вынуждена расти в высоту. Пологий водяной вал прямо на глазах превращается в отвесную стену высотой в десять, двадцать, а иногда и сорок метров.

Северо-восточное побережье Хонсю изрезано риасовыми берегами — узкими глубокими бухтами, окруженными крутыми холмами. Волна заходит в широкую горловину залива, встречает сужение скал и резко взмывает вверх. Именно поэтому во время Великого восточнояпонского землетрясения одиннадцатого марта две тысячи одиннадцатого года в районе города Мияко вода поднялась по склону холма на рекордную отметку сорок целых пять десятых метра.

Как цунами разрушает сушу

Цунами опасно не столько высотой, сколько своей невероятной кинетической энергией и плотностью. Один кубический метр чистой воды весит одну тонну. Когда на город надвигается вал толщиной в несколько километров и высотой с пятиэтажный дом, на постройки давят сотни миллионов тонн жидкой массы.

Волна не просто ударяет и отступает назад, как при обычном шторме. Цунами выходит на берег как неудержимый и быстро поднимающийся паводок. Поток сметает автомобили, вырывает с корнем вековые сосны, сдвигает с фундаментов железобетонные конструкции и ломает деревянные дома, словно спички.

Разрушив прибрежные строения, вода превращается в густую грязевую кашу, насыщенную обломками бетона, бревнами, автомобилями и металлическими конструкциями. Этот таранный мусор усиливает разрушительную силу потока многократно. А затем вся масса воды устремляется обратно в океан, утаскивая за собой обломки, почву и все живое, что не успело укрыться на возвышенностях.

Японская система защиты и раннего предупреждения

Япония вложила огромные средства в создание самой передовой в мире системы противодействия стихийным бедствиям. По всей береговой линии построены массивные железобетонные волноломы и морские стены высотой до двенадцати-пятнадцати метров. Устья рек перекрывают автоматические стальные ворота, которые опускаются при первых сигналах опасности, чтобы волна не пошла вверх по руслам вглубь суши.

Главный щит страны носит информационный характер. Японское метеорологическое агентство управляет сетью из сотен сейсмографов и глубоководных датчиков давления DONET и S-net, уложенных прямо на дно океана вдоль тектонических разломов. Оптоволоконные кабели передают информацию со дна со скоростью света.

• Через три минуты после фиксации подземного толчка суперкомпьютер рассчитывает вероятную высоту волны и время ее подхода к разным районам побережья.
• Экстренные предупреждения мгновенно транслируются по всем телеканалам с громким звуковым сигналом, прерывая любые передачи.
• На все смартфоны жителей угрожаемой зоны приходит принудительное оповещение с громкой сиреной, работающей даже в беззвучном режиме телефона.
• В городах автоматически включаются громкоговорители уличного оповещения, призывающие немедленно бежать на возвышенности.

В прибрежных японских школах и на предприятиях регулярно проходят масштабные тренировки по эвакуации. На улицах городов установлены указатели высоты над уровнем моря и стрелки, ведущие к специально укрепленным высотным зданиям для спасения от цунами. Эти строения имеют сквозные первые этажи из прочнейшего бетона, пропускающие воду сквозь себя без обрушения каркаса.