印度洋海啸于2004年12月26日袭击了亚洲和非洲的10个国家,是人类历史上损失最为惨重的一场海啸灾难。海啸中死亡人数达15万,受伤人数50万,500万人失去家园。然而,海啸给岛屿和沿海地区带来灾难性的后果这不是第一次,也不会是最后一次。为了最大程度地减少海啸带来的伤亡,人类必须进一步深入研究和了解海啸这一自然现象。

什么是海啸?海啸是怎样形成的?海啸的破坏力为何如此巨大?在海啸这样可怕的自然灾害面前,人类能否有所作为,并最大限度地减轻海啸带来的人员伤亡和巨大损失。

近几十年来,世界各地的科学家们一直都在锲而不舍地研究海啸现象,科学家的研究成果让我们对于海啸的成因、特性,以及海啸的巨大杀伤力比以前有了更多的了解,在海啸这样的自然灾害面前也有了更多更充分的准备。

英文中“海啸”一词的来历

英文中的“海啸”(tsunami)一词源于日文,它的字面意思是“海港的波浪”,有的人管海啸叫“潮汐波”,或者“浪潮”,其实并不十分恰当。因为潮汐的涨落是由于月亮、太阳和地球附近其他行星的引力作用于地球洋面而产生的。潮汐的形成过程和海啸的形成过程可以说是毫无相同之处。有人将海啸一词翻译成地震海浪,这也不完全正确,因为并非所有的海啸都是由海底地震引起的,火山爆发等其他原因也会引起海啸。“海啸”(tsunami)一词于1897年进入英语词汇以后,在英语和其他语言中的使用率越来越高,甚至超出了在日文中的使用频率。值得注意的是,虽然海啸通常肆虐于海港附近的浅海区域,但海啸产生的源头却是在大洋深处。

海啸引发的波浪高度可达30米

洋面下隐藏的致命海浪

浩瀚大海中海浪无处不在,但是海啸掀起的巨浪并不同于普通的海浪,它们的起因、规模、周期、速度,以及产生的后果都有很大的区别。普通的海浪是由风的作用产生的,它们的活动范围仅限于海洋表面,而海啸通常是由海底地震引起的,海低发生地震时,地壳发生断裂或者移位,大量汹涌的海水形成涛天巨浪。大洋深处海啸巨浪的波长通常为200公里,甚至可达650公里,普通海浪的波长根据风速的不同,通常只在40米至400米之间。尽管海啸波浪波长惊人,在海上掀起的浪高却微不足道,只有30厘米至2米,而风力产生的浪高可达30厘米至5米,当海上刮起狂风飓风的时候,海浪高度甚至可达30米。

海啸与风力产生的波浪在波的周期上也有明显的不同,海啸波浪的周期通常为10分钟至一个小时,而风力产生海浪的周期仅为5秒钟至20秒钟。

风产生的波浪在海面上可明显观察到,但是海啸波浪由于波长较长、浪高较低,以及波浪前后间隔周期较长,因此在洋面上几乎觉察不到,科学家现在对海啸现象已经有了更多的了解,这种海面上平静无波的假象已经骗不了他们。

海啸波浪在海面上传播的速度非常快,风力驱动的波浪移动的速度只在每小时25公里至90公里之间,海啸在海上向前推进的速度可达到每小时500公里至1000公里,用一个大家熟悉的比喻来说,风力驱动的波浪移动的速度像汽车行驶,而海啸移动的速度相当于喷气式飞机的飞行速度。1960年5月22日,智利沿海发生强烈地震,引起的海啸巨浪穿越太平洋,23小时后抵达日本,带来了巨大的损失,122人丧生。而在海啸的发生地智利,死亡人数达2000人,受伤人数达3000人,200万人无家可归。

科学家发现海啸速度随着海水深度而增加,海啸速度与水深的关系为:海啸速度等于水深的平方根乘以重力加速度,因此大洋中深度不同地方的海啸速度是可以计算出来的。当海啸巨浪到达滨海地区时,海水和陆地产生摩擦力,海啸波浪的波长降低,而波浪高度却瞬间徒长,像潮汐一样的洪水或者水墙的高度有时可达30米高。海啸海浪袭来时,后浪不断推前浪,从海底到海面的空间越来越少,使得涌向海岸的波浪一浪快似一浪,一浪高似一浪,如果海岸线上的大陆架坡势较缓,或者沿海区域是一个漏斗状的海港,海啸波浪会更高,除此之外再加上海啸到来时如喷气式飞机般的高速度,可以想象其破坏力会有多大。1971年,海啸袭击了位于中国台湾岛与日本九州岛之间的琉球群岛,海啸形成的水墙竟然高达85米。

海啸的威力大小取决于诸多因素,包括产生海啸的水下地震的震级,海啸波传播时通过的海洋深度,以及海啸巨浪到达岸边的陆地坡度和地形等。

平静海面下是否隐藏致命海浪

海啸成因溯源

根据海啸与发源地的距离可分为三种:近距离海啸(影响区域在200公里以内),地区性海啸(影响区域在1000公里以内),以及远距离海啸(影响区域在1000公里之外)。最近的近距离海啸是1998年7月17日发生在巴布亚新几内亚北部近海地区由地震引起的海啸,死于这次海啸中的人数近2200人。远距离海啸发生的频率较低,但是如果一旦发生,其破坏威力将极其巨大。最近的印度洋海啸以及1960年智利海啸就是远距离海啸灾难性后果的两个例子。

地球最外面的岩石层是由十数个地质板块构成的,这些板块每年以几英寸的速率不断在作相对移动,在这些板块的结合处有着无数的断层和地震活动。当海底某处断层发生快速移动时,就会引起板块岩层互相之间升降起伏的运动,由此产生地震,引起海水剧烈的涌动,快速运动的海啸波浪向四下传播。多数海啸是由7级以上的海底大地震引起的,岛屿和海岸附近的地震也会引起海啸。

世界上80%的海啸都发生在太平洋上,另外印度洋和加勒比海也是地震和海啸的易发地区,破坏性的海啸通常都是由里氏7级以上震级的地震引起的。虽然多数海啸都是由海底地震引起的,其他原因也会引起海啸,有时岛屿或者大陆架边上大块的陆地突然脱落,滑落到深海里,引起巨大的冲天水柱,例如,1958年7月9日,美国阿拉斯加州Lituary海湾重约8000万吨的冰块和岩石滑落海中,引起的海啸波浪达到500米之高,是有史以来最高的海浪,而这次陆地滑坡本身也是由地震引起的。海岛或者近海地区火山爆发也是引起海啸的原因之一,1883年8月27日的一次火山爆发毁灭了印度尼西亚的喀拉喀托岛,36000人在紧接而来的海啸中丧生。天上巨大陨星落入海中的机会虽然不多,但是如果发生这样的事情也会引起可怕的海啸灾难,电影《深海撞击》(DeepImpact)中所描绘的就是这样一幅可怕的图景。

测量和绘制海啸地图

科学家们试图对海啸的各种特性进行量化分析,比如海啸的产生、传播、规模以及影响力等。这些数据有助于建立海啸的预测模式、进行计算机模拟海啸、对海啸灾难进行估计,以及绘制海啸洪水危及区域图等。对海啸的过去和现在进行研究,有助于未来海啸的预测工作,将海啸带来的损失降到最低限度。

20世纪80年代,两个科学研究小组开始对世界各地的海啸资料进行收集整理,一个是科罗拉多州的美国地理数据中心研究小组,另一个是俄罗斯新西伯利亚的海啸实验室。科学家收集的数据表明,海啸灾难破坏人类居住地已有数千年历史。中国古代有关文献中关于海啸灾难的记录可追溯到4000年前,当然,现代人类对于海啸的知识要比几个世纪前的了解要多得多。

与普通的海浪相比,海啸引起的海浪洪水能够深入到更远的内陆地区。美国地质勘探局曾在加利福尼亚、俄勒冈和华盛顿等多处靠近沿海的内陆地区发现过去海啸遗留下来的沉积物痕迹,有的海啸曾深入到离海边10公里的内陆地区。

海啸对内陆地区和沿海地区的危害主要有三个方面:1)洪水泛滥(包括洪水巨涛和漂浮水面上的碎片残骸);2)海啸波浪冲击建筑物、船只和海港设施;3)动摇基础引起桥梁、海堤和建筑物倒塌。

海啸间接造成的危害有:1)引起建筑物、船舶、油库和加油站起火;2)污水、石油和危险化学品造成环境污染;3)流行病爆发和传播。所有这些都会引起危及人类生命的悲剧性后果,造成生命财产的损失,给海港、城镇和村庄带来巨大的杀伤力。

人类能否有所作为

科学界对海啸研究已经作出了巨大的努力,尽可能地减少海啸给人类带来的危害,就目前来说,科学家还无法精确预测海啸何时会发生,但是科学家已经知道地球上有哪些地震多发地区。此外,海底地震发生与海啸波浪袭击陆地之间的时间差,给人类提供了一个及时疏散撤离危险地区的机会。

许多年来,海啸预警主要依靠潮汐观察站,这些观察站里的研究人员在海里布下检潮仪测量波浪高度,并将数据发送到卫星上,检潮仪记录下来的数据是随时间变化的海浪高度潮汐曲线图,检潮仪也叫做(记录潮汐的)自动记潮仪。观察站的工作对于海啸预警虽然很有帮助,但是潮汐观察站通常都设在海滨地区(远离深海),而深海才是能够检测到海啸最早发生的地方。

1997年以后,新开发的一种海啸预警装置,用放置在海底的压力传感仪测量压力数据,海面上的浮标再将测得的有关数据传送到卫星上,这一系统叫做DART(Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis),即海啸深海评估和报告系统。

在一些破坏性极大的海啸灾难之后,世界上相继建立了一些海啸预警机构。1946年阿留申群岛地震和海啸袭击了美国夏威夷,150人丧生,1949年太平洋海啸预警系统(PTWS)建立,该机构收集太平洋中与海啸有关的数据,向包括美国在内的太平洋沿岸国家发送海啸预警信息。

1964年3月28日耶稣受难日(复活节前的星期五),地震和海啸袭击了美国阿拉斯加,1967年,美国西海岸/阿拉斯加海啸预警中心(WC/ATWC)建立,为美国西部各州提供海啸信息和海啸预警消息。

海啸预警中心通常与世界各地的地震研究机构有着密切的联系,如美国地质勘探局,这些机构能够提供世界各地地震发生的时间、地点和震级大小,这些分析数据对于海啸预测有很大的帮助。

国际海啸信息中心于1968年建立,其任务是研究海啸,收集和发布海啸信息,并出版《海啸通讯》,海啸协会于1982年在檀香山建立,也是一个研究海啸的国际性组织,该协会出版《海啸危害之科学》,每三年组织一次海啸座谈会。

一些国家的其他国家级研究中心也对海啸进行研究、监测和预警,如日本的气象署,俄罗斯的海上气象服务中心等。印度洋海啸伤亡惨重,部分原因是印度洋地区还没有一个国际性的海啸预警系统,目前联合国组织已经计划在该地区建立一个海啸预警系统,愿印度洋海啸这样的悲剧不会再重演。