Ученые уточнили, как формируются цунами

Новое исследование НАСА ставит под вопрос давно существующую теорию о том, что цунами образуются и приобретают свою энергию главным образом от вертикального движения морского дна. 

Неоспоримым фактом было то, что большинство цунами являются следствием массивного смещения морского дна — обычно из-за субдукции, или скольжения одной тектонической плиты под другой во время землетрясения. Эксперименты, проведенные в волновых резервуарах в 1970-х годах, показали, что вертикальное поднятие дна может вызывать волны, подобные цунами. В следующем десятилетии японские ученые смоделировали горизонтальные смещения морского дна и заметили, что получаемая энергия была незначительной. Это привело к широко распространенному мнению, что вертикальное перемещение морского дна является основным фактором в генерации цунами.

В 2007 году Тони Сонг, океанограф Лаборатории реактивного движения НАСА, подверг сомнению эту теорию после анализа мощного землетрясения на Суматре в Индийском океане в 2004 году. Данные сейсмографа и GPS показали, что горизонтальное смещение дна тоже необходимо учитывать, так как вертикальное поднятие не дает достаточного количества энергии для создания мощного цунами. Эти результаты совпали с данными о цунами, собранными спутниками NASA/CNES, GEOSAT и Envisat.

«У меня были все эти данные, которые противоречили общепринятой теории, но нужно больше доказательств», — вспоминает Сонг. Поиск дополнительных доказательств основывался на физике, а именно на том факте, что горизонтальное движение морского дна создает кинетическую энергию, которая пропорциональна глубине океана и скорости движения морского дна. После критической оценки экспериментов с волновым резервуаром 1980-х годов Сонг обнаружил, что используемые резервуары неточно отображали одну из этих двух переменных. Они были слишком мелкими, чтобы воспроизвести фактическое соотношение между глубиной океана и движением морского дна, которое существует при цунами. И стенка в резервуаре, которая имитировала движение горизонтального морского дна, перемещалась слишком медленно, чтобы воспроизвести фактическую скорость, с которой тектоническая плита движется во время землетрясения.

«Тогда я начал полагать, что эти два искажения отвечают за давно принятый, но вводящий в заблуждение вывод, что горизонтальное движение производит лишь небольшое количество кинетической энергии».

Чтобы проверить свои предположения, Сонг и исследователи из Университета штата Орегон в Корваллисе смоделировали землетрясения в Суматре и Тохоку в 2004 году, используя как прямые измерения, так и спутниковые наблюдения. Как и в экспериментах 80-х, они имитировали горизонтальное перемещение суши в двух различных резервуарах, перемещая вертикальную стенку, но при этом использовали поршневой волновод, способный генерировать более высокие скорости. Также они лучше учитывали отношение глубины воды к величине горизонтального смещения при фактических цунами.

Новые эксперименты показали, что горизонтальное смещение морского дна обеспечивало более чем половину энергии, вызвавшей цунами 2004 и 2011 годов. «Из нашего исследования следует, что необходимо рассматривать не только вертикальное, но и горизонтальное движение морского дна, чтобы получить полную энергию, переданную океану, и предсказать цунами», — заключил соавтор Соломон Йим.

Метод, разработанный Сонгом и его коллегами, использует технологию GPS для определения размера и силы цунами для ранних предупреждений. Цель команды, по его словам, состоит в том, чтобы определять размер цунами еще до формирования.