Цунами часто возникают из-за землетрясений: как это происходит и какие физические явления запускают формирование этих волн? Вопрос адресован заместителю директора по научной работе Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, доктору геолого-минералогических наук Сергею Захаровичу Смирнову.
– Землетрясения и цунами тесно связаны, что особенно заметно на примере недавних событий у побережья Южной Камчатки и Северных Курил. Камчатка расположена в зоне соприкосновения Северо-Американской плиты, под которую погружается Тихоокеанская плита. Эта стыковка происходит на большой глубине под водой, образуя глубоководный Курило-Камчатский желоб. Любое землетрясение вызывает колебания земной коры, которые передаются в водную среду, порождая волну. Эта волна и проявляется как цунами на поверхности океана.
Этот процесс можно просто воспроизвести в домашних условиях, например, в ванной. Для этого потребуется гибкая пластина, изготовленная из пластика или металла. Необходимо поместить ее под воду и согнуть таким образом, чтобы изгиб был направлен к водной поверхности. Затем один из концов пластины следует опустить в воду. В результате пластина выпрямится, а на поверхности образуется водяной выступ, от которого расходятся волны. Именно так и происходит данный эффект.
Тектонические плиты представляют собой массивные структуры. На их границах происходит относительное перемещение и трение. Представьте себе, как будут тереться две огромные каменные глыбы, двигаясь рядом друг с другом. В районе Камчатки одна из таких глыб, тяжелая Тихоокеанская плита, уходит под другую — более легкую Северо-Американскую. Иногда эти глыбы зацепляются друг за друга в определенной точке и на короткое время застывают, например, на 70 лет. Однако движение плит продолжается с приблизительно постоянной скоростью, поэтому вокруг точки зацепления начинают накапливаться напряжения — как будто сжимается или изгибается эластичная пластина. В определенный момент зацеп не выдерживает и высвобождает задержанный фрагмент. Плита высвобождает накопленную энергию, совершая резкое движение. Это напоминает ситуацию, когда вы отпускаете согнутую пластину под водой. Такой резкий скачок и является основной фазой землетрясения — его наиболее мощным проявлением.
Накопление напряжений в массивной тектонической плите — процесс, требующий времени и не разрешающийся мгновенно. Внутри этой сжатой плиты, подобной пружине, происходят более слабые, но значительные разломы и смещения. Перед основным событием наблюдается серия землетрясений, усиливающихся по мере приближения к главному толчку – это форшоки. После главного землетрясения плита также не стабилизируется сразу. Она продолжает колебаться, уменьшая интенсивность колебаний — это афтершоки. Все эти процессы происходят на небольшой глубине под земной поверхностью. Камчатское землетрясение 2025 года зафиксировано на глубине от 10 до 50 км. В настоящее время сейсмологи активно изучают это явление, и я полагаю, что в скором времени мы получим более подробную информацию.
Подводные землетрясения всегда приводят к образованию цунами, а их высота определяется мощностью толчков и другими факторами. Жители Северо-Курильска регулярно наблюдают небольшие волны цунами, достигающие всего нескольких десятков сантиметров и практически не ощутимые во время шторма. Однако сильные землетрясения способны вызывать волны высотой в несколько метров, которые могут преодолевать сотни километров менее чем за полчаса и приобретать катастрофические размеры у берега. Несмотря на свою огромную величину, эти волны могут казаться почти незаметными на большом расстоянии от побережья из-за их большой длины.
Цунами обычно не ограничивается одним явлением. Зачастую за ним следуют несколько волн, причем самой большой может оказаться не первая. Так, трагедия в Северо-Курильске в 1952 году привела к гибели сотен людей, поскольку в то время не было понимания опасности последовательных волн, способных достигать десятков метров в высоту. После первого удара люди вернулись в опасную зону. В настоящее время население заранее предупреждается, что существенно уменьшает риск человеческих жертв. В последнем инциденте максимальная высота волны составила приблизительно пять метров, и, несмотря на значительные разрушения, никто из жителей не пострадал. Город потерял прибрежные предприятия, портовые сооружения получили повреждения, а рыболовецким судам был нанесен серьезный ущерб. Данные последствия негативно сказываются на экономике региона, однако местные жители демонстрируют мужество перед лицом природного бедствия.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.