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津波。 子ども科学実験室
「津波」 - 港の大きな波。 日本語からの翻訳。 災害は午前15時に強い衝撃とともに始まりました。 それはほんの数秒しか続きませんでした... XNUMX分後、海から大きな音が聞こえました。 まるで海が陸地に押し寄せているかのようでした。 アザラシの遺跡の建物があった砂州の側面から、ひどい衝突と轟音が聞こえました...夜明けには、砂州は完全にきれいに見えましたが、一か所だけ形のない山が見えました... 1923 年のカムチャツカでの地震現象の最初のソビエト観測者、P. ノボグラブルノフの日記より。 スタートのずっと前に 太平洋岸から遠く離れたレニングラードの国立水文研究所の建物内に、科学者たちは新しいウスチ・カムチャツクを建設した。 もちろん都市の模型ではあるが、大規模なものだった。 カムチャツカ湾の一部、カムチャツカ川の河口、都市の建物が細部まで再現されており、面積 4000 km2 を超える地域全体が小さな実験室に収められています。 モデルの海岸と海底はコンクリートで作られており、地形の詳細を含む陸地は粘土で作られています。 科学者たちは海岸全体におがくずを厚くまきました。 電線が水中に降ろされました。 おまけに、映画カメラが天井近くでブンブン音を立てていました。 これは何ですか？ ゲームじゃないの？ では、なぜ圧縮空気の影響で、巨大なアコーディオンのふいごのように、おもちゃのカムチャツカ湾で底が下がったり上がったり、波が立ったりするのでしょうか？ 科学者たちは、世界で起こった災害を再現することにしました... 1923年。 そのとき、はるか沖合で発生した地震により高波が発生し、海岸に飛沫を上げて街を破壊しました。 カムチャツカ、千島列島、日本列島、サハリン、アラスカ - 単純なリストだけでも、津波が最も頻繁に発生するのは太平洋であることは明らかです。 最大の海洋の水域では、毎年数十の火山が目覚め、強い地震が発生します。そして、ほとんどの場合、地殻がはるかに薄い海底で発生します。 太平洋の底を露出させることができれば、地殻の断層や隆起が絶えず発生する巨大なゾーンをXNUMXつ数えることができるでしょう。 日本付近の海底はおそらく最も落ち着きのない場所だろう。 長さ数百キロメートルにも及ぶ断層がたくさんあります。 治癒するか再び開くこれらの「傷」に沿って、地殻のブロックは常に移動または分岐します。 断層のほとんどは海岸沿いにあります。 しかし、横断断層もあります。 そして、地殻の縦断層と横断層が交差する場所では、特に強い揺れが発生します。 そこからは最大の津波が予想されます。 そのため、このモデルは科学者によって粘土海岸への津波攻撃を計画するために何百回も使用されました。 「海面」の変動は電気センサーを使用して測定されました。 海岸から洗い流されなかったおがくずの境界は、波が上昇する可能性のある場所を示し、撮影により表面流の速度が記録されました。 これらすべてが合わさって、ノボグラブルノフが説明した災害の全体像を確実に復元するのに役立ちました。 そして、復興するだけでなく、重要な結論も導き出す必要があります。拡大する都市の工業用建物や住宅用建物は、最も高い波が立ち上がれない場所に建設されるべきです。 水文学者の勧告は現在、厳密に実施されています。 しかし、すべての地震が津波を引き起こすわけではありません。 海底の一部（一種の巨大なピストン）がその上の何キロメートルもの水を上げたり下げたりするときにのみ、海面に波が現れます。 この現象は、水を張った浴槽の底からプラグを突然上げたり下げたりした場合に何が起こるかにたとえられます。 一瞬、底の一部が消えたように見えます。 その上にある水柱が「抜け落ち」、表面に穴が形成されます。 海洋では、そのような穴の高さは数百メートルに達することがあり、水柱の高さは数キロメートルに達することもあります。 この巨大な液体柱の放出が将来の津波です。 地震の際には、地殻のブロックが上方に衝突することもあります。 すると海底が膨らみます。 水柱が周囲の表面から上昇し、高波も発生します。 震源直上のこのような波の高さは数百メートルに達します。 しかし、震源からすでに数百キロ離れており、そのなだらかな頂上の高さが2メートルを超えることはほとんどないため、外洋の船が高波に遭遇する危険はありません。 船が嵐に見舞われた場合は、まったく別の問題になります。 30メートルの風波が彼をチップのように投げ飛ばした。 そしてここが注目すべき点です。 風波は海洋の表層を振動させます。 XNUMXm以下には停滞地帯があります。 有名な海洋学者J.I.クストーの言葉を借りれば、そこには本物の沈黙の世界があります。 しかし、津波はまさに高波という名前にふさわしいものです。 高さ XNUMX メートルのこぶは先端にすぎず、その基部は海底にあります。 ちなみに、このような波の重さはXNUMX億トンを超えることに注意してください。 そして、それが静止しているのではなく、文字通り旅客機の速度で海を横切って飛んでいることを考えると、そのエネルギーは膨大です。 計算によると、平均的な出力の人工津波を発生させるには、重さ XNUMX 億トンの爆弾を海底で爆発させる必要があります。 外洋では大きな波がまったく無害であるとしても、海岸に近づくにつれてその性質は変わります。 凹凸のある底の水粒子の摩擦により、波底の移動速度は大幅に低下します。 海岸近くではその高さが成長し、不規則な形をとり、三日月形の頂上がはるか前方にひっくり返ります。 P.ノボグラブルノフはウスチ・カムチャツクを破壊した津波の高さを測定した。 すると海からXNUMX階建てのビルよりも高い水の壁が立ち上がりました！ 津波の高さは海岸の形状にも大きく左右されます。 入り口が狭い湾の海岸にいるなら、何も恐れることはありません。 波は狭い通路を乗り越えるためにエネルギーのかなりの部分を費やします。 開いたくさび形の湾はまったく別の問題です。 ここで、波はウェッジの上部に向かって移動するにつれて、長さは短くなりますが、高さは増加します。 このため、河口や細長い海峡が最も危険な場所となります。 人類はこの恐るべき自然現象に対して積極的に戦うことはできません。 今のところ、私たちは戦うことよりも守備についてもっと考えなければなりません。 結局のところ、津波の力に自分の力で対抗したり、海岸保全構造物の強度に頼ったりすることは不可能です。 最も先進的で耐久性のあるダムでさえ、数億立方メートルの水の猛攻撃に耐えられる可能性は低いです。 そのため、海岸に建造物を建設する場合には、実験室で完全な大規模なコピーが作成されます。 このようなモデリングを使用すると、破壊的な波を簡単にシミュレートし、陸地への出口を研究できます。 しかし、科学者たちが興味を持っているのは、延長されたとはいえ沿岸地帯の別の部分のモデルだけではない。 すべての島々、アジア、アメリカの海岸を含む太平洋の正確なモデルを作成することができたらどうなるでしょうか? そして、そのようなモデルは素晴らしいものではありません。 もちろん、コンクリートや粘土から作ることはできません。 大陸のすべての幾何学的寸法、波の前面、その速度とエネルギー、さまざまな地点での海の深さなどを高速コンピュータのメモリに入力できます。 そして、最高の波をいつどこで待つかをコンピューターが決定します。 このような研究は、964 年に日本の新潟港を覆った津波に対して、レニングラード水文気象研究所とスタンフォード大学 (米国) ですでに行われています。 数学モデルを使用した計算結果は、最近ホノルルで開催された津波問題に関するシンポジウムで比較されました。 ソ連とアメリカの数学モデルはほぼ一致していた。 これは両国間の積極的な協力の特殊なケースに過ぎません。 XNUMX 年以上にわたり、相互接続された沿岸局の広範なネットワークがソ連、日本、米国の太平洋岸で運用されてきました。 科学者たちは、沿岸地域の人々に差し迫った危険をできるだけ早く知らせるために、常に情報を交換し、大きな波を検知するより効果的な方法を模索しています。 ソ連の船ヴァレリアン・ウリバエフはXNUMX年連続で極東の海を航海しており、そこから新しいソ連の科学機器が海洋に設置されている。 この恐るべき自然現象の研究は続けられており、ご覧のとおり、いくつかの方向に進んでいます。 目の前には海の断面図が見えます。 高感度の計器は、海岸、島、水面および水中のブイステーションに設置されています。 地殻の地震活動を監視し、弾性振動の伝播速度に基づいて地震の震源地を決定するものもあります。 海面変動センサーは津波を風や高波から分離し、最初の大きな波の出現を判断します。 衛星に搭載されたレーザー距離計は、震源、地震時の海面の隆起や落ち込みを記録するだけでなく、津波の移動方向と速度も決定します。 このような広範な記録機器のネットワークは、太平洋の最も津波の危険な場所に設置されることが予想されます。
注意 - 危険！ 極東水文気象研究所には津波部門があります。 その任務は、差し迫った危険について沿岸地域の住民に警告するための新しい自動サービスを作成することです。 カムチャッカ半島の沖合、千島海嶺、サハリン、さらにははるか沖合の地震の可能性のある地域に、科学者たちは多くの機器やセンサーを設置しています。 まず第一に、高感度の機器である地震計が地球の地震活動を監視します。 これらは弾性波を捕捉し、水中地震のエネルギーにおける震源の座標を決定するために使用されます。 エネルギーが高く、震源が高波が最も頻繁に発生する地域にある場合、警報信号が有線および無線通信回線を介して海面を監視している水文気象観測所に送信されます。 信号を受信した観測者は、自己記録レベル計の測定値を監視し、最初の、通常は小さい津波の波を記録しようとします。 しかし、それらを見つけるのはそれほど簡単ではありません。 風波が 10 分おきに海岸に押し寄せます。 150 日に XNUMX 回、満潮時には海面が上昇します。 しかし、津波はXNUMX～XNUMX分間隔で海岸を襲う。 では、風波、高波、津波をどうやって区別するのでしょうか？ 海と連通する垂直に設置されたパイプ内にフロートが浮かびます。 上がったり下がったりしてペンを動かし、レベルの変動をテープに記録します。 たとえば深さ 10 m の液体の柱は、XNUMX 気圧に等しい圧力を生み出します。 しかし、海が穏やかになることはめったにありません。 したがって、一定の深さに圧力計を設置すれば、その測定値から波の高さを判断することができます。 風と高波が重なり合って、最初のまだ低い津波の波が見えにくくなっているように見えます。 フロートや静圧装置を使用してそれらを識別することは非常に困難です。 これらに加えて、別のデバイスがインストールされます。 それは津波波検出器と呼ばれていました。
そのデバイスについて詳しく見てみましょう（図を参照）。 金属波形カップ１は、静水圧の影響下で圧縮される。 異なる直径の２つの毛細管２がカップのキャビティを２つの同一のチャンバー３と接続しており、その内部には波形カップも取り付けられているが、サイズは小さい。 それらの内部空洞は測定チャンバー 1 と連通しており、膜によって 2 つの部分に分割されています。 3 つのカップの内部空洞は非圧縮性の液体で満たされています。 膜にはセンサーが取り付けられています。 探知機は海面変動にどのように反応しますか? 津波が海岸に押し寄せるのは 4 日に XNUMX 回だけです。 海面はゆっくりと変化するため、装置が設置されている場所の静水圧は徐々に増加します。 金属カップが徐々に収縮し、実質的に抵抗なく液体の一部が毛細管を通って測定チャンバーの内部空洞に移動します。 膜の両側の圧力は同じであり、装置は静かです。 海上で通常の風波がある場合でも、このデバイスは静かです。 毛細管内で大きな抵抗に遭遇すると、液体は十分な速度で流れる時間がなくなります。 この場合、膜には一定の圧力がかかります。 津波が近づいて初めて、毛細管抵抗の違いの影響が現れ始めます。 キャピラリーの直径が大きくなると、流体の流れに対する抵抗が小さくなり、メンブレンの一方の側の圧力がもう一方の側よりも大きくなります。 膜が曲がり、センサーがステーションの光と音の警報を自動的にオンにします。 これが沿岸警報サービスのしくみです。 しかし、同研究所の科学者らは警報システムの効率を高め、津波から少しでも時間を稼ごうと努力している。 高感度の機器は海岸から可能な限り遠くに運ばれ、ケーブルまたは無線で海岸局と通信します。 ステーションのネットワーク全体がすでに島の係留フロート、つまりブイに装備されています。 深さ5〜6kmの地震活動地帯には、自動地震計とストリングトランスデューサを備えた高感度津波波検出器が設置されています。 検出器は、硬いフレームに張られたピアノの弦のように、音叉のように機能します。 鍵盤を使ってペグを任意の方向に回すだけで、弦のピッチが変わります。 コンバータも同じ原理に基づいて設計されています。 細い鋼線 (紐) が、測定された静水圧の影響を受ける膜の中心と装置の本体の間に張られています。 海が穏やかであれば、弦の音が同じ周波数で聞こえます。 しかし、波が現れるとすぐに膜が曲がり、弦の張力が減少します。 電子機器が音のピッチの変化を検出し、ワイヤーを介して信号をブイに送信します。 自動化サービスが自由に使えるのは、海岸、島、ブイのステーションだけではありません。 現在、レーザーを使って津波を検知する実験が進められている。 レーザーのおかげで、地球から月までの距離を数十センチメートルの精度で測定できることが知られています。 海面変動を測定するためにレーザー距離計を衛星に搭載してみてはいかがでしょうか? おそらく、津波を監視する人工衛星が間もなく登場するでしょう。 海自体に加えて、電離層でも高波の出現を知ることができます。 地殻の一部が水面下で急激に下落または上昇すると、大気の柱が水柱とともに下落または上昇します。 上層では音波が発生し、電離層から反射された電波が歪みます。 音響波は津波の速度よりも数時間先行するため、科学者らは電離層法が警報サービスにも使用されると考えている。 海底、ブイステーション、海岸に設置されたすべての機器やセンサーからの情報は、研究所の単一センターに送信され、コンピューターに送信されます。 機械は計算を実行し、どのエリアでどのくらいの時間で最高の波が予想されるかを推奨します。 この地域では警報が鳴りますので、人々は安全な場所に移動する時間があります。 知ってる？ ...津波の原因は、海底の巨大な土塊の移動だけではありません。 1883 年の夏のクラカトアの噴火では、前例のない力の爆発が地球を揺るがしました。 火山島（大きさは約5×10mm）が空中に飛び上がり、体積20km3の岩石の破片がスンダ海峡の海域に落下した。 巨大な波を引き起こしたのは彼らであり、すでに弱まっていたものの、フランスとイギリスの海岸で記録されました。つまり、インド洋を通過し、アフリカを一周して大西洋に入りました。 ...大気によっても津波が発生する可能性があります。 海上のどこかで気圧がわずか 1 mm 低下すると、その地域の水位は 13 mm 上昇します。 また、台風などでは気圧が数十ミリ下がることもあります。 水面に丘のようなものができ、低気圧の急激な変位とともに瞬時に沈み、波が発生します。 ...1958 年 500 月、アラスカの海岸で、氷、雪、土の塊を含む大規模な雪崩がフェアウェザー山の斜面から降りてきました。 続いて来た波は高さ５００メートル以上に達した。 近くの島を完全に覆い尽くしたのも不思議ではありません。 ...最近、津波が月で発見されました。 天文学者らによると、直径200kmの月のクレーターのほとんどを取り囲む多数の環状の山の構造物には、津波オオカミの痕跡が保存されている可能性があるという。 まだ冷えていない月の表面に落下した隕石は、薄く硬化した月の殻を突き破りました。 溶けた岩が深部から隆起してできた穴の中に流れ込みました。 普通の液体と同じように、それは波を形成し、永遠に凍りつきました。 ...XNUMX年前、ラッコの大群が千島海嶺の一部であるウルップ島に住んでいました。 XNUMX度の壊滅的な津波攻撃の後、浅い沿岸水域は石で埋め尽くされました。 動物たちの餌のバランスは崩れ、その数は激減した。 しかし、ここに興味深いパターンがあります。 津波の直後、同じ島で生態系の爆発が確認されました。 ウルプシーの群れはすぐに回復しただけでなく、成長もしました。 サハリンの動物学者ヴィクトル・ヴォロノフ氏によると、津波は破壊するものと生み出すものの両方があるという。 巨大な波が巨大な鋤で深層から大量の養分を引き上げます。 波が海岸棚を耕し肥沃にします。 このような栄養価の高い「だし」の中で、植物プランクトンや動物プランクトンが急速に成長し、魚の群れが成長します。 だからこそ、ラッコは毎年津波に襲われる島に住むことを選んだのです。 ...科学者たちは計算と実験により、震源からの距離に応じて津波の波は距離に比例して減衰するという結論に達し、その距離はおよそ 5/6 乗であった。 海底の下の地殻の変動は複数の波を引き起こす可能性があります。 XNUMX番目、XNUMX番目、XNUMX番目のうち、どれが最も危険ですか? 津波は発生場所から遠ざかるにつれて相対的に成長を繰り返すことがわかっています。 たとえば、震源近くでは、第 XNUMX 波が第 XNUMX 波よりも高くなります。 ただし、発生源から遠ざかるほど、最大波のシリアル番号は大きくなります。 ...地震のエネルギー特性は、地震計によって測定されるマグニチュードです。 マグニチュードスケールはチャールズ・リヒターによって提案されました。 最も強力な地震は、マグニチュード 9 よりわずかに小さいです。地震学者は、リヒター スケールでのマグニチュードが 7 以上であれば、津波の発生はほぼ完全に避けられないと考えています。 それ以下であれば、津波の確率はゼロに近くなります。 著者: V.ロトフ
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