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今天是世界海嘯意識(shí)日。海嘯襲來(lái)時(shí),往往會(huì)給陸地建筑和財(cái)產(chǎn)造成巨大的危害,因此應(yīng)對(duì)海嘯十分重要,而要應(yīng)對(duì)海嘯,先了解一下大海的這個(gè)“暴脾氣”又尤為重要。
01 大海的多樣“暴脾氣”:海嘯分為哪些類(lèi)型?
海嘯本質(zhì)是一種波速高達(dá)700到800千米每小時(shí)、波長(zhǎng)可達(dá)數(shù)百公里的大型海洋長(zhǎng)波,其傳播速度極快,可以傳播幾千公里,而能量損失很小。
按表現(xiàn)形式,海嘯可分為海退型海嘯和海進(jìn)型海嘯。
海退型海嘯:指濱海、島嶼或海灣的海水反常退潮或河流沒(méi)水,而后海水突然席卷而來(lái)、沖向陸地。典型案例:1960年的智利地震海嘯,大海表現(xiàn)為異常的退潮現(xiàn)象。
海進(jìn)型海嘯:表現(xiàn)為海平面的突然升高,形成幾十米高的水墻,涌向?yàn)I海陸地,而后海水又驟然退去。典型案例:1983年5月26日,中日本海7.7級(jí)地震引起的海嘯,海嘯波在海岸首先表現(xiàn)為異常的漲潮現(xiàn)象。
按照形成原因,海嘯可分為地震海嘯、火山海嘯、滑坡海嘯。
地震海嘯:指在海底發(fā)生地震時(shí),海底地形急劇升降變動(dòng)引起海水強(qiáng)烈擾動(dòng),產(chǎn)生“下降型”和“隆起型”海嘯。典型案例:2011年3月日本東北部海域發(fā)生9.0級(jí)強(qiáng)烈地震并觸發(fā)海嘯,給當(dāng)?shù)卦斐闪酥卮蟮娜藛T傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
火山海嘯:指因火山爆發(fā)所引起的海嘯。典型案例:1883年印度尼西亞火山島喀拉喀托火山爆發(fā)引發(fā)的大海嘯,海浪高達(dá)40米,沖走了爪哇和蘇門(mén)答臘島一百多個(gè)村莊。
滑坡海嘯:指沿?;蚺R海地區(qū)山體滑坡,導(dǎo)致沉積物墜入大海引發(fā)的海嘯。相比于地震海嘯和火山海嘯,滑坡海嘯造成的海嘯波高更高,能量更大,且更難以發(fā)覺(jué)。典型案例:2023年9月16日,格陵蘭島迪克森峽灣山體坍塌,導(dǎo)致約2500萬(wàn)立方米(體積相當(dāng)于1萬(wàn)個(gè)奧運(yùn)會(huì)泳池)的物質(zhì)滑落大海,導(dǎo)致巖石和冰雪崩塌,引發(fā)了高達(dá)200米的巨大海嘯,產(chǎn)生了影響全球并持續(xù)9天的地震信號(hào)。
2022年南太平洋島國(guó)湯加火山近日劇烈噴發(fā)引發(fā)海嘯,圖為2021年4月11日Worldview02衛(wèi)星拍攝的湯加洪阿哈阿帕伊島衛(wèi)星圖片(左)和2022年1月17日“高分一號(hào)”衛(wèi)星拍攝的該島火山噴發(fā)后的衛(wèi)星圖片,橘色曲線為按照地理坐標(biāo)標(biāo)注出的島嶼原先輪廓。(圖片來(lái)源:新華社)
按照海嘯產(chǎn)生距離遠(yuǎn)近,海嘯又可分為越洋海嘯和本地海嘯兩類(lèi)。
越洋海嘯:指發(fā)生地方遠(yuǎn),橫越大洋或從很遠(yuǎn)處傳播來(lái)的海嘯,典型案例:2004年底發(fā)生在印度尼西亞的大海嘯波及到幾千公里外的斯里蘭卡。
本地海嘯:指從地震及海嘯發(fā)生源地到受災(zāi)的濱海地區(qū)相距較近的海嘯,因其預(yù)警時(shí)間短,往往造成更為嚴(yán)重的災(zāi)害。
02?大海的“暴脾氣”破了什么“防”?淺談海嘯的危害
海嘯對(duì)內(nèi)陸地區(qū)和沿海地區(qū)的危害主要體現(xiàn)在直接危害和間接危害兩個(gè)方面。
海嘯的直接危害:引起洪水泛濫,沖擊船只和海港設(shè)施建筑物,動(dòng)搖橋梁、海堤和建筑物基礎(chǔ)而致其倒塌。
海嘯的間接危害:引起建筑物、船舶、油庫(kù)和加油站起火,觸發(fā)污水、石油和危險(xiǎn)化學(xué)品污染,以及引起流行病爆發(fā)和傳播,給海港、城鎮(zhèn)和村莊帶來(lái)巨大的殺傷力。
2018年12月23日,在印度尼西亞萬(wàn)丹省板底蘭,海嘯過(guò)后一片狼藉(圖片來(lái)源:新華社)
03?“整頓”大海的“暴脾氣”:關(guān)于海嘯的預(yù)警
為了減少海嘯帶來(lái)的損失,提高公眾對(duì)海嘯的認(rèn)識(shí)和應(yīng)急能力,各國(guó)都建立了有效的預(yù)警系統(tǒng)和防護(hù)措施。
1997年,美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種海嘯預(yù)警裝置,通過(guò)放置在海底的壓力傳感儀測(cè)量壓力數(shù)據(jù),然后通過(guò)海面上的浮標(biāo)將測(cè)得的有關(guān)數(shù)據(jù)傳送到衛(wèi)星上,形成海嘯深海評(píng)估和報(bào)告系統(tǒng)。
針對(duì)地震型海嘯,預(yù)警系統(tǒng)通常與地震預(yù)警一同發(fā)出或者緊隨其后。不過(guò),大部分海嘯預(yù)警的范圍往往比地震預(yù)警的范圍大得多,這是因?yàn)橄啾鹊卣?,海嘯的能量衰減并不明顯,往往能長(zhǎng)距離奔襲。例如,2023年美國(guó)國(guó)家海嘯預(yù)警中心針對(duì)西南太平洋新喀里多尼亞?wèn)|部的洛亞蒂群島附近1000公里內(nèi)的海岸發(fā)出海嘯警報(bào)。
作為一個(gè)擁有巨大海疆的國(guó)家,海嘯不是我國(guó)主要的海洋災(zāi)害,遭遇海嘯襲擊的紀(jì)錄也比較少,但我國(guó)也擁有強(qiáng)大的海嘯預(yù)報(bào)分析能力。早在1983年,我國(guó)即成為國(guó)際海嘯協(xié)調(diào)組成員國(guó),目前擁有國(guó)家海洋局海嘯預(yù)警中心和南中國(guó)海區(qū)域海嘯預(yù)警中心兩個(gè)海嘯預(yù)警中心。2014年,由國(guó)家海洋局牽頭,我國(guó)科學(xué)家自主研發(fā)的海嘯預(yù)警浮標(biāo)可在30秒~5分鐘內(nèi)完成對(duì)太平洋、西北太平洋及南海的海嘯數(shù)值預(yù)報(bào),可更準(zhǔn)確、更及時(shí)地捕捉到海底深淵信息,大幅提升了中國(guó)對(duì)海嘯災(zāi)害的應(yīng)急處置和反應(yīng)能力。
04化“暴脾氣”為“元?dú)狻保何覀兡芾煤[做什么?
作為一種擁有巨大能量和破壞力的海洋動(dòng)力作用,馴服和征服海嘯一直是各國(guó)科學(xué)家的夢(mèng)想,這其中最具可行性和操作性的就是利用海嘯產(chǎn)生的海水規(guī)律性振蕩來(lái)發(fā)電,將海嘯波的能量將其轉(zhuǎn)化為電能——當(dāng)海嘯波沖擊特定裝置時(shí),這些裝置即會(huì)捕獲和收集波浪動(dòng)能,并將波浪能其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再通過(guò)液壓或氣壓等方式轉(zhuǎn)化為電能。
2005年,由中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所海洋能實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)并建設(shè)的汕尾市的波浪能電站,通過(guò)低頻共振器排成的周期陣列,將波浪運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,建成世界上首座獨(dú)立穩(wěn)定的波浪能系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了將波浪能到電能的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化。當(dāng)然,雖然有了這類(lèi)波浪能電站,但由于海嘯的不穩(wěn)定性,目前這項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模使用,還在技術(shù)研制中,還需要克服技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等多方面的挑戰(zhàn)。
2024年9月。集美大學(xué)海洋裝備與機(jī)械工程學(xué)院楊紹輝教授團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目——“集大4號(hào)”可自航混流氣動(dòng)式波浪能發(fā)電平臺(tái)成功下水(圖片來(lái)源:新華社)
05?一場(chǎng)地質(zhì)歷史“懸案”,因海嘯而真相大白?
海嘯與海底地震相伴相生,在地質(zhì)歷史和地層記錄并不少見(jiàn),這其中最為典型的就是對(duì)竹葉狀灰?guī)r產(chǎn)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)。
竹葉狀灰?guī)r是石灰?guī)r的一種,因其巖石截面常有礫石而呈竹葉狀,故被稱為竹葉狀灰?guī)r。竹葉狀灰?guī)r在在我國(guó)華北地臺(tái)寒武系和奧陶系大量出現(xiàn),典型產(chǎn)區(qū)有山東蒼山、平邑、張夏等地。灰?guī)r中礫屑大小不一,一般長(zhǎng)0.3厘米~10厘米,多為泥晶方解石,膠結(jié)物和填充物多為微晶或細(xì)晶方解石,礫石常伴有交錯(cuò)層理、干裂、波痕等構(gòu)造。
竹葉狀灰?guī)r(圖片來(lái)源:抖音視頻截圖)
竹葉狀灰?guī)r作為一種觀賞石,廣泛存在于世界各地,受到世界人民的喜愛(ài),但是關(guān)于其成因及其廣闊的分布范圍,一直眾說(shuō)紛紜,莫衷一是,直至1985年美國(guó)科學(xué)家Michael D. Wilson在一次海嘯之后的混亂的沉積序列中受到啟發(fā),發(fā)現(xiàn)原來(lái)這些所謂的竹葉狀都是海嘯導(dǎo)致的風(fēng)暴流侵蝕改造已固結(jié)或半固結(jié)灰?guī)r而成,一場(chǎng)地質(zhì)歷史中的懸案因?yàn)楹[而真相大白。
展望
近年來(lái),隨著氣候變暖和極端氣候頻發(fā),海嘯對(duì)我國(guó)沿海和南海,特別是臺(tái)灣島的危害進(jìn)一步加劇,需要引起足夠注意。
圖片來(lái)源:國(guó)家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布網(wǎng)截圖
2024年4月3日,臺(tái)灣省花蓮縣海域發(fā)生的地震觸發(fā)了我國(guó)第一次海嘯Ⅰ級(jí)紅色警報(bào),對(duì)我國(guó)臺(tái)灣東部地區(qū)造成了一定的影響。因此,繼續(xù)研發(fā)更先進(jìn)的海嘯探測(cè)和監(jiān)測(cè)儀器,更好地進(jìn)行海嘯預(yù)警,是守護(hù)我國(guó)海域的安寧和人民安全的題中應(yīng)有之義。
作者:劉漢斌 地質(zhì)博士,地質(zhì)高級(jí)工程師
審核:劉幫軍 河北工程大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師
出品:科普中國(guó)
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