Fizikai Szemle 2006/1. B3.o.
A CUNAMI
A cunami (japánul "cu" = kikötő, "nami" = hullám) egy
óceánfelszíni hullámfajta, amely a nyílt vízen rendkívüli
sebességgel terjed, de ott csekély magassága miatt például
hajókról alig észrevehető. A part közeli sekély vízben
azonban lelassul, több méter magasságúra torlódik fel, és
a partra csapva akár kilométeres mélységben okozhat
óriási pusztítást. Éppen emiatt övezi különleges figyelem
a cunamikkal kapcsolatos ismereteket, ugyanis a remények
szerint jobb megértésük elősegítheti a károk csökkentését,
a 2004-es szumátraihoz hasonló katasztrófák
esetleges megelőzését.
A cunamik 86%-át tenger alatti földrengések okozzák.
Jól ismert tény, hogy a földrengések hely szerinti eloszlása
nem egyenletes, a szilárd kéreg mozgó tektonikus lemezeinek
határán különösen nagy az aktivitás. Az 1. ábra
mutatja, hogy 10 év rengési epicentrumainak térképen
történő ábrázolása a vulkánokkal együtt meglehetősen
jó képet ad a kéreglemezek elhelyezkedéséről. Nem
csoda hát, hogy a legnagyobb feljegyzett cunamik forrása
is ezen "forró zónákban" található.
Nem mindegyik erős földrengés okoz veszélyes nagyságú
cunamit. Ennek oka, hogy a hasonló hullámok keltéséhez
a vízfelszín lökésszerű, jelentős nagyságú kiemelkedése
szükséges. Ez viszont csak akkor következik be,
ha a földrengés során megcsúszó kéreglemezek elmozdulásának
elegendően nagy a függőleges irányú komponense
(2. ábra). A földrengések mellett cunamit okozhatnak
a tenger alatti földcsuszamlások (ilyen következett
be 1998-ban Pápua Új-Guinea partjai mentén), vulkáni
tevékenység (Hawaii környékén gyakori), vagy a tengerbe
csapódó nagyméretű aszteroidák (ilyenről modern
megfigyelés szerencsére nincs).
A cunamik előfordulása egyáltalán nem olyan ritka,
mint gondolnánk (3. ábra). Szerencsére többségük nem
okoz károkat, mert a part menti legnagyobb hullámmagasságuk
nem haladja meg az adott helyen jellemző árapály-
ingadozás, vagy a szokásos viharok hullámainak
nagyságát, amire a part menti építményeket méretezték.
A vízfelszíni hullámok fizikája jelentős múltra tekint
vissza. A súrlódásmentes folyadékok mozgásegyenletét
Euler 1755-ben írta fel. (Az csak véletlen, hogy ugyanebben
az évben az Európa környékén valaha feljegyzett legerősebb
cunami - a kiváltó földrengéssel együtt - teljesen
lerombolta Lisszabont, a közvetlen áldozatok számát az
akkori 250 ezres lakosság negyedére becsülik.) A cunamihoz
hasonlóan "elkent", viszonylag csekély magasságú,
gyengén csillapodó, alakját őrző hullámformát John Scott
Russel "fedezte fel" 1834-ben. E nemlineáris hullámok
viselkedését jól közelíti a Korteweg-deVries-egyenlet
(1895), melynek első analitikus (szoliton ) megoldása csak
mintegy ötven éve ismert. A cunamik fizikája lényegében
nem különbözik a "közönséges" felszíni hullámokétól, a
viszonylag jól értett jelenségek közé tartozik.
A viharos szél által keltett felszíni hullámok 100-200
méteres tipikus hullámhosszához képest a cunamik vízszintes
kiterjedése sokszorosan nagyobb, jellemzően
100-500 kilométer (nem elírás). Minthogy az óceánok
mélysége nem nagyon haladja meg az 5-6 kilométert, a
cunamik terjedésének jellemzésére jól használhatóak az
úgynevezett "sekély folyadék" egyenletek. Eszerint a c
terjedési sebességüket lényegében a h vízmélység határozza
meg a 
egyszerű formulának eleget téve (g
a nehézségi gyorsulás), ez körülbelül 800-1100 km/h
értékű, ami megfelel egy utasszállító repülőgép sebességének.
A nagy kiterjedés és szédítő sebesség mellett
csúcsmagasságuk a nyílt vízen alig haladja meg a néhány
decimétert. A hasonlóan szétkent, lapos hullámok a
szomszédos folyadékelemek rendkívül csekély relatív
elmozdulásával terjednek, ezért a belső súrlódás (viszkozitás)
szerepe elhanyagolható: ha csak a víz belső súrlódása
fékezné a cunamikat, lecsengésükhöz több száz
évre lenne szükség.
A mélységfüggő sebesség a part közelében szükségképpen
lassuláshoz vezet, a hullám eleje lefékeződik. Ez
a kontinuitás miatt torlódáshoz vezet: a szállított energia
egyre rövidebb, ám egyre magasabb hullámhegyben
összpontosul. Tetszőleges magasságú hullámok azonban
nem alakulhatnak ki, mert egy kritikus frontoldali meredekség
elérése esetén a hullám hegye átbukik, és lejátszódik
a hullámtörés jelensége. Az átbukáshoz tartozó
kritikus ac magasságot szintén a vízmélység határozza
meg elsődlegesen. A kísérletek és numerikus szimulációk
segítségével megerősített 
empirikus összefüggés
minden esetben teljesülni látszik. Ezen egyszerű
összefüggés ismeretében gyaníthatjuk, hogy - például az
interneten oly kedvelt - felhőkarcoló magasságú "cunamik"
nem fordulhatnak elő a valóságban, hiszen az legalább
200 méteres vízmélységet feltételez a part közelében,
ez pedig valóságos tengeröblökben igen ritka.
A szumátrai katasztrófát követően ismét felvetődött
egy világméretű cunamifigyelő és -figyelmeztető hálózat
kiépítésének ötlete. Ezzel kapcsolatban a fő gond,
hogy a földrengések mai tudásunk szerint egyáltalán
nem jelezhetők előre. Minthogy nem minden rengés
vált ki erős cunamit, a valódi veszély detektálásához
tengerfenékre telepített nyomásérzékelők szükségesek.
Az USA partjai mentén hat hasonló szonda már üzemel,
de ez csak a Csendes-óceán medencéjében használható
előrejelzésre. Biztató azonban, hogy ha egy földrengés
a partoktól elegendően távol következik be, melynek
hullámkeltő hatását nyomásmérő szondák is megerősítik,
akkor a létrejött cunami terjedése viszonylag jól modellezhető.
Japánban például igen komoly figyelmeztető
rendszer üzemel, mert az előző száz évben feljegyzett
1043 kisebb-nagyobb cunami közül (3. ábra ) mintegy
200 Japán partjait közvetlenül is érintette.
Jánosi Imre
ELTE TTK Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék
Kármán Környezeti Áramlások Laboratórium
