Πώς ένας σεισμός διεγείρει ένα τσουνάμι χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά;(videos)

Μόλις η Ιαπωνία υπέστη τον χειρότερο σεισμό στην πρόσφατη ιστορία της, εξαπλώθηκαν σχεδόν αμέσως κύματα του τσουνάμι σε ολόκληρο τον Ειρηνικό Ωκεανό με την ταχύτητα ενός αεροπλάνου.
Διάδοση του τσουνάμι: Η εικόνα δείχνει, με σκούρο μπλε χρώμα, τη διάδοση των κυμάτων από την Ιαπωνία στον Ειρηνικό Ωκεανό, προς την Αυστραλία, τη Βόρεια Αμερική και τη Νότια Αμερική.
Στις 11 Μαρτίου του 2011 ένας ισχυρός σεισμός, μεγέθους περίπου 9 Ρίχτερ, έπληξε την βορειοανατολική Ιαπωνία, προκαλώντας ένα τσουνάμι με κύματα ύψους 10 μέτρων, που έφτασαν ακόμα και στη δυτική ακτή των ΗΠΑ.
Τι φυσική κρύβεται άραγε πίσω από αυτή την καταστροφή;

Η τεράστιος σεισμός μεγέθους 8,9 που έπληξε την ανατολική ακτή της Χονσού, το μεγαλύτερο νησί της Ιαπωνίας, εξαπέλυσε ένα σφοδρό τσουνάμι αφανίζοντας εκατοντάδες ζωές. Το τσουνάμι αυτό έγινε αισθητό πάρα πολύ μακριά, ακόμα και στην δυτική ακτή της Βόρειας Αμερικής που βρίσκεται περίπου 8.000 χιλιόμετρα μακριά από την Ιαπωνία. Ένα μεγάλο μέρος αυτής της μετακίνησης έχει να κάνει με το βάθος του ωκεανού στο οποίο κινούνται τα κύματα του τσουνάμι, καθώς και στο ίδιο το μέγεθος του σεισμού, ο οποίος ήταν ο ισχυρότερος που αναφέρεται στην καταγεγραμμένη ιστορία της Ιαπωνίας.
Το τσουνάμι έπληξε τη Χαβάη περίπου επτά ώρες μετά την εκδήλωση του, που παρέσυρε ολόκληρες πόλεις κατά μήκος των βορείων ακτών της Ιαπωνίας. Τα κύματα που έπληξαν την Ιαπωνία ήταν πολύ ψηλά, ακόμα και επτά μέτρα. Έγινε δε προειδοποίηση για τσουνάμι σε 20 παράκτιες χώρες του Ειρηνικού, συμπεριλαμβανομένων των ΗΠΑ, της Ινδονησίας και της Χιλής.
Τι είναι το τσουνάμι
Το τσουνάμι εκδηλώνεται με κύματα που στα βαθιά νερά των ωκεανών (μέσο βάθος 4500 μέτρα) οδεύουν με ταχύτητα 210 μέτρων/δευτερόλεπτο ή 756 χιλιομέτρων/ώρα (παραπάνω από το μισό της ταχύτητας του ήχου στην ατμόσφαιρα της Γης), διαδίδονται με μέτωπα κυμάτων που μπορούν να πλησιάσουν σε πλάτος ακόμα και τη γήινη περίμετρο και οδεύουν με ένα μήκος κύματος της τάξης των 50-400 χιλιομέτρων και ύψος συνήθως από μερικά εκατοστά ως ένα μέτρο (ή το πολύ δύο μέτρα, κοντύτερα στην εστία δημιουργίας του).
Φτάνοντας σε ρηχά νερά χάνουν την ταχύτητά τους ως και 20 φορές, αρχικά στο μπροστινό τους μέτωπο που φτάνει πρώτο στα ρηχά, και έτσι το μήκος τους μικραίνει, καθώς το πίσω μέρος του κύματος ταξιδεύει ακόμη με σχετικά μεγαλύτερη ταχύτητα. Καθώς το μήκος του κύματος ενός τσουνάμι αλλάζει σταδιακά, ακολουθώντας τη μεταβολή της μέσης ταχύτητάς του, σύμφωνα με το βάθος της θάλασσας που διατρέχει, η ορμή του διατηρείται (θεωρώντας προσεγγιστικά πως δεν εξαπλώνεται και κατά πλάτος) με αντίστοιχη μεταβολή του ύψους του και είναι ο λόγος για τον οποίο γίνεται καταστρεπτικό φθάνοντας στις ακτές, όπου κερδίζει σε ύψος.
Αλλάς ας δούμε τι λέει ο Greg Valentine, καθηγητής γεωλογίας του πανεπιστημίου στο Μπάφαλο, αφενός τη δημιουργία του και αφετέρου για τους κινδύνους που εγκυμονεί ένα τσουνάμι.

Πώς μπορεί ένας σεισμός δημιουργήσει ένα τσουνάμι σαν αυτό της Ιαπωνίας;

Αυτό το τσουνάμι πιθανότατα δημιουργήθηκε από ένα σεισμό όπου ο φλοιός κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό βυθίστηκε κάτω από την Ιαπωνία. Αυτό που ξέρουμε είναι ότι τα πάνω 50 έως 100 χιλιόμετρα της στερεάς γης του Ειρηνικού Ωκεανού, κινούνται προς τα βορειοδυτικά με μια πολύ αργή ταχύτητα, που όπως δείχνουν τα μοντέλα ίσως είναι λίγα εκατοστά ανά έτος. Αλλά ο φλοιός γύρω από την Ιαπωνία είναι λιγότερο πυκνός και ελαφρύτερος από τον φλοιό του Ειρηνικού. Όταν λοιπόν οι δύο αυτοί συναντηθούν, ο φλοιός του ωκεανού πηγαίνει κάτω (σαν πιο βαρύς) από το πιο ελαφρύ της Ιαπωνίας, με αποτέλεσμα να τρίβονται και οι δύο φλοιοί. Κατά μήκος αυτής της περιοχής, όπου αυτοί τρίβονται, οι δυνάμεις αυξάνονται με την πάροδο του χρόνου. Και τότε ξαφνικά με αστραπιαίο τρόπο η πλάκα του Ειρηνικού θα κατέβει κάτω, ενώ η ασιατική πλάκα, πάνω στην οποία βρίσκεται η Ιαπωνία θα αναπηδήσει λίγο προς τα πάνω. Η ξαφνική αυτή κίνηση από τις δύο αυτές πλάκες εκτοπίζει ένα τεράστιο όγκο νερού, και το γεγονός αυτό είναι που προκαλεί το τσουνάμι.

Σε τι διαφέρουν τα κύματα του τσουνάμι από τα συνηθισμένα κύματα;

Τα κύματα του τσουνάμι ταξιδεύουν πολύ, πολύ γρήγορα. Τα συνήθη κύματα που έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε στον ωκεανό συνήθως οδηγούνται από τον άνεμο, γι αυτό και ταξιδεύουν με την ταχύτητα του ανέμου. Στο τσουνάμι, η ταχύτητα εξαρτάται από το βάθος του νερού. Έξω στον ανοιχτό ωκεανό, για παράδειγμα, όπου το βάθος φτάνει τα 5.000 μέτρα, η ταχύτητα των κυμάτων του τσουνάμι θα είναι περίπου 220 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Η ταχύτητα των κυμάτων σε βάθος 500 μέτρα στον ωκεανό είναι περίπου 70 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Εάν υπάρχουν πολύ βαθιές θάλασσες, μεταξύ της περιοχής που ξεκινάει το τσουνάμι και εκείνης πού φτάνει, τα κύματα θα φτάσουν πολύ γρήγορα.

Πώς ένα κύμα στο τσουνάμι αλλάζει καθώς φθάνει στην ακτή;

Μια από τις αιτίες που το τσουνάμι είναι τόσο καταστροφικό, οφείλεται στο γεγονός ότι η μάζα του νερού καθώς πλησιάζει σε μια ακτή επιβραδύνεται, έτσι το μπροστινό μέτωπο του κύματος κινείται πιο αργά από το νερό στο πίσω μέρος του κύματος. Σαν αποτέλεσμα, έχουμε μια γιγάντια άνοδο του νερού.

Καθώς αυτό το κύμα πλησιάζει την ακτή, το επίπεδο της θάλασσας εκεί μπορεί να ανέβει αρκετά μέτρα ή ακόμη και 10 μέτρα – σε μερικές ακραίες περιπτώσεις ακόμα και 20 μέτρα – και να παραμείνει έτσι για κάποιο μεγάλο χρονικό διάστημα, διότι αυτά τα κύματα έχουν πολύ μεγαλύτερα μήκη κύματος. Κι αυτό γιατί είναι πολύ διαφορετικά από τα κύματα που παράγονται από τον άνεμο και σβήνει στην ακτογραμμή, ενώ κυλά πίσω στη θάλασσα. Στην περίπτωση του τσουνάμι, η στάθμη της θάλασσας στην ακτογραμμή αυξάνεται για κάποιο χρονικό διάστημα. Οτιδήποτε υπάρχει κάτω από το επίπεδο στην ακτή θα πλημμυρίσει για κάποιο χρονικό διάστημα.

Μπορεί το ύψος των κυμάτων στο τσουνάμι να προβλεφθεί προτού φθάσουν στην ξηρά;

Μπορούμε να προβλέψουμε αρκετά καλά την πορεία και την ταχύτητα τους, αλλά το ύψος σε συγκεκριμένη τοποθεσία είναι αρκετά δύσκολο να προβλεφθεί. Έχει να κάνει με την κατανόηση των λεπτομερειών της υγροδυναμικής μέσα στα κύματα και τον τρόπο που διαμορφώνεται ο πυθμένας της θάλασσας – το πόσο γρήγορα γίνεται ρηχός.