你对海啸了解多少?人类运算速度可否跑过它?

来源:杭州网   发布时间:2015-05-20 21:28:18 

对于普通人来说,掌握几个要点也许能助你逃过海啸:

如果感觉到较强的震动,不要靠近海岸;

如果在海边看到海水后退速度异常快,应该立即撤离到内陆地势较高的地方;

海上的船只收到海啸预警后,不要急着返航,如果有足够时间应该在海啸到来前加速把船行驶到开阔海面上。

一百多年来,损失最严重的海啸

3月11日,日本东北部海域发生里氏8.8级地震,并引发大规模海啸,东北部工业区遭受重创。新华社报道称,重灾区经济规模占日本GDP8%左右,地震致使直接损失惨重;而且地震导致供应链出现危机,鉴于日本在全球产业链中极其重要的地位,未来数月将给日本乃至全球厂商带来经济损失。“造成的经济损失难以估量。”

从电视画面上看,海啸迅速吞没了农田和房屋,汽车和船只被海啸席卷着撞上建筑物。海啸离我们有多远?有着全国最长海岸线的浙江人,对海啸了解多少?海啸可以预警吗?

什么是海啸?

往湖面扔石子,跟海啸原理相同

我们大概都玩过一个游戏,在平静的湖面投入一颗石子,我们会看到在以石子投入点为中心,水面上形成凹凸相间的圆环,向周围水面传播,这种出现在水面的波动我们常常称之为水波。

海啸形成的原理与之相似。“从本质上说,海啸跟我们往水里面扔石头搞出来的水波差得并不太多。它们都是水面受到扰动后,在重力作用下往外传的波动。这类波动有个学名叫‘重力波’。”浙江大学物理系博士高翔对记者说,只是海啸掀起的惊涛骇浪高度可达10多米甚至几十米,犹如一堵“水墙”,而且“水墙”内裹挟着惊人的巨大能量。

常见的海浪也是一种波,与水波相同,但与海啸截然不同。“一个海浪打过来,会摔碎在码头或栈桥上,因为海浪是在风的作用下产生的波浪,一般只在海表面起伏,涉及的深度不大,波高随水深衰减得很快。”高翔说,而海啸的水体波动或“抖动”与常见的海浪不同,这种海水的“抖动”是从海底到海面整层水体的波动或起伏,其所含的能量惊人。

高翔说,一块石头引不起海啸,只有当大面积水体突然抬升或者下沉,才能引发海啸。能有这本事的,除了海底地震外,基本上就是海底火山爆发、海底大面积滑坡,或者一个不怎么典型的事件,比如小行星撞击地球(有科学家认为,毁灭恐龙的就是一颗彗星撞击地球,引发全球范围大海啸,最高的巨浪甚至有300米),这些过程释放的能量都是非常惊人的。

当然,引发海啸的主要原因还是地震,地震与海啸差不多是一对孪生兄弟,震级超过6.5的海底地震常常引发海啸。不过,也有例外,比如2005年印尼苏门答腊岛附近海域发生了8.5级强烈地震,没有引发大海啸。因为这个地震是由板块水平滑移断裂造成的,海底地表上下错动幅度可能比较小。“这种地震并未造成起始的水体抬升或下沉,所以没有引起海啸。”高翔说。

海啸能量有多大?

浪高可达十几层楼高,犹如一堵“水墙”

与很多人的直觉不同,在大洋里,海啸并没有显得很突出。海啸在大洋中传播时波高很低,海平面的变化大约只有几十厘米,波长可达几十至几百公里不等,所以海啸通常不会在深海大洋上造成灾害,甚至连航行的船只可能没有一丝一毫的察觉。

“大洋里,海啸传播速度很快,最快可达每小时1000公里,比大型喷气式客机波音747飞得还快。”海洋二所卫星海洋环境动力学国家重点实验室工程师丁涛说,然而,当海啸波进入大陆架后,因深度急剧变浅,波高骤然增大,有时可达20-30米以上,能量集中,以排山倒海之势冲向岸边。

丁涛说,海啸靠近岸边时,速度猛然慢了下来,可能只比人步行的速度快一点,“后面速度减不下来,就像汽车追尾一样,后面不断去撞前面的,前面又要减速,就形成了一个又一个大浪。”丁涛说,由此引起的水体堆积会使海表面变化急剧增大,有时浪高甚至可达十几层楼高,犹如一堵“水墙”扑盖过来,可想而知有多可怕,因为逃无可逃。

学过中学物理的人应该都有势能的概念,即处于高处的物体具有的由高差所蕴含的能量。同样,把物体托举到高处所需要的能量也可以用物体获得的势能来量度,而势能是和高度成正比的。根据能量守恒定律,海洋从地震中获得的能量,很大的比例都变成了扑向海岸的波浪。

假设8.0级的地震把一块水体托高一米,9.0级的地震托高的就应该是31米。当然,这只是一个假设,海啸运动还有非常多的变数。“但能量和破坏力成正比,一个9.0和一个8.0地震的威力有着质上的区别。”丁涛说,海啸波长很长,可以传播几千公里而能量损失很小。

海啸可以预警吗?

通过模拟计算可预警,关键还是时间差

日常生活中,我们常见到一些很有趣的现象:湖面上的水波可以绕过芦苇,继续向前传播,好像根本就没有遇到什么阻碍一样。其实这是个物理现象,叫做波的衍射。

丁涛说,海啸之所以能传播几千海里,而能量不衰减,就是因为波的衍射,“相对于波长而言,障碍物的线度越大衍射现象越不明显,障碍物的线度越小衍射现象越明显。”

简单来说,就是波长比障碍物大得多时,衍射现象很明显,反之则衍射现象不明显。这也解释了为什么对日本造成巨大损失的海啸,对我国沿海影响甚微,就是因为我国近海与外海之间有一系列岛链,这一长长的“岛弧”就像一圈障碍物,阻挡了地震波的衍射,海啸从岛链缝隙中传进来,衍射不明显,能量也就有限。

不过,由于海啸这个地球上最具威力的武器,几乎每隔六七年就会造成人类的巨大损失,人类依靠现有知识通过模拟和计算,依然可以通过海啸预警以减少损失,其关键点就是时间差。“海啸预警的物理基础在于地震波传播速度比海啸的传播速度快。”高翔说,地震纵波即P波的传播速度约为6-7千米/秒,比海啸的传播速度要快20-30倍。

不过令人揪心的是,人类在大地震后如何迅速地、正确地判断该地震是否会激发海啸,这仍然是个悬而未决的科学问题,“2004年印尼海啸造成了超过30万人死亡的悲剧,就在于人类的运算速度没有跑过海啸。”丁涛说。

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