Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2006/02. 46.o.

AMIT A CUNAMIKRÓL ÉS OKAIRÓL MA TUDUNK

Bárdossy György
ny. egyetemi tanár

A 2004. december 26-án bekövetkezett cunami óta rengeteg újságcikk, rádió- és tévémősor látott napvilágot erről a természeti jelenségről és pusztító következményeiről. Sajnos számos téves és ellentmondásos értékelés is megjelent. Most, bő évvel e természeti katasztrófa után időszerű objektív vizsgálat tárgyává tenni, hogy mi az, amit a cunamikról és ezek kiváltó okairól ma tudunk és mi az, amit nem. Ez tanulmányom célja. Értékelésemben elsősorban az Egyesült Államok Földtani Szolgálatának (USGS), valamint a Nemzeti Óceán és Atmoszféra Adminisztráció (NOAA) jelentéseit, továbbá Meskó Attila, a Magyar Tudományos Akadémia főtitkára közelmúltban megjelent tanulmányát vettem alapul (História 2005. 8. szám), de felhasználtam minden, a szaksajtóban és az interneten elérhető szakmai információt is.

Tengeri hullámfajták

A cunami japán szó, a "cu" jelentése kikötő, a "nami" hullámot jelent. Az óceánokon és tengereken háromféle hullámot lehet megkülönböztetni. Leggyakoribb a szél által keltett "normális" hullám, de az árapály jelensége is hullámot kelt. Végül maga a cunami is hullám, illetve hullámok sorozata. E három hullámfajta tulajdonságai alapvetően eltérnek egymástól.

A szél által keltett hullámok maximum 8-10 m mélységig nyúlnak le, amplitúdójuk nem haladja meg a 20 métert, 100-500 méteres hullámhossz mellett 20-50 km/óra sebességgel terjednek.

Az árapályhullám 10-30 méter mélyre terjed, amplitúdója 2-10 méter, hullámhossza 1-2 km, terjedési sebessége 20-40 km/óra. A fentiektől alapvetően eltér a cunami, hiszen az egész víztömeg mozdul meg, amplitúdója csupán 0,4-2 méter, hullámhossza viszont 100-300 km és terjedési sebessége 500-1000 km/óra.

Mindezek az adatok a nyílt tengerre érvényesek. A partokhoz közeledve a szél által keltett hullámok feltorlódnak, átbuknak, és így érik el a partot. Egyes különösen erős szélviharok, például hurrikánok vihardagályt hoznak létre, amikor a hullámok mellett a tenger szintje is több méterrel megemelkedik. Ez történt 2005 augusztusában New Orleans térségében a Katrine hurrikán hatására.

Az árapályhullámok elsősorban tölcsér alakú öblökben, a víztömeg fokozatos feltorlódása miatt érnek el a szokottnál nagyobb magasságot, például a Kanada keleti partján fekvő Fundy-öbölben (New Brunswick) a dagályhullám 14-16 m magasságot ér el.

A cunamikat, mivel itt az egész víztömeg megmozdul, sokan tengerrengésnek is nevezik. Kis amplitúdója miatt a cunamit a nyílt tengeren szabad szemmel nem is lehet észrevenni. Figyelemre méltó a cunamik nagy terjedési sebessége a nyílt tengeren. A partokhoz közeledve a cunami lefékeződik, és ennek következtében az egész víztömeg akár több tíz méter magasra torlódik fel. Különösen összeszőkülő öblökben érhet el nagy magasságot a cunami. A hatalmas víztömeg egyirányú mozgása miatt a cunamik hatása közismerten katasztrofális lehet. A cunamik a nyílt óceánon több ezer kilométerre is terjedhetnek, sőt diffrakció (hullámelhajlás) hatására kiszögellő partokat meg is kerülhetnek. Több esetben a cunami partra érkezése előtt a tenger "visszahúzódott", azaz a vízszint 1-2 méterrel csökkent. Ilyenkor lapos partokon több száz méter széles sáv kerül szárazra. Ezt a jelenséget a cunamik nagy hullámhossza magyarázza.

Melyek e szembetűnő különbségek okai? A normális, szél által keltett hullámok esetében a szél erősségétől függ a hullámok mérete és sebessége. Az árapályhullámokat közismerten a Nap és a Hold gravitációs vonzása hozza létre. Jelenlegi ismereteink szerint cunamikat négyféle jelenség hozhat létre:
  1. Tenger alatti földrengések.
  2. Vulkáni szigeteken bekövetkezo robbanásszeru vulkáni kitörések, amelyek következtében a vulkáni építmény összeomlik, és helyét tenger önti el.
  3. Nagyméreto tengeralatti földcsuszamlások.
  4. Különösen nagy meteorit vagy aszteroida becsapódása a tengerbe.

Tapasztalatok szerint a legtöbb cunamit tenger alatti földrengések hozzák létre. Ugyanakkor az is kiderült, hogy nem minden tenger alatti földrengés okoz cunamit. Úgy tűnik, ha a földrengés hatására a tengerfenék csak oldalirányban mozdul el, nem jön létre cunami. Ha viszont a földrengés alkalmával a tengerfenék több métert megemelkedik vagy lesüllyed, úgy kialakulhat a tengerrengés és ennek következtében a tengerparton a pusztító cunami.

Tenger alatti vulkáni kitörések is létrehozhatnak cunamikat. A tenger alatti földcsuszamlások szerepének mértéke még nem tisztázott. Valószínű, hogy ezeket is tenger alatti földrengések váltották ki.

Meteorit- vagy kisbolygó-becsapódások az emberi történelem folyamán bizonyítottan nem hoztak létre cunamikat, de földtani megfigyelések arra utalnak, hogy a földtörténet során ilyenekre többször is sor került. Amerikai szakértők számításai szerint egy 300 m átmérőjű aszteroida becsapódása a tengerbe 11 m magas cunamit keltene (Perkins, 2004). Az utóbbi évtizedek földtani kutatásai kiderítették, hogy a földtörténet során ismételten sor került nagymérető aszteroidák becsapódására, például a triász és jura, valamint a kréta és harmadkor határán (Pálfy, 2000). Amennyiben a becsapódás tengerbe történt, hatalmas - több száz méteres - cunamik jöhettek létre. Ilyen földtörténeti korú cunamik egyértelmű bizonyítása azonban még a jövő kutatások feladata.

Az írott történelem legnagyobb cunamijai

1. ábra

A fenti legnagyobb cunamik mellett a huszadik század során még 140, emberi életet is követelő cunamit jegyeztek fel. Továbbá közel ezer olyan kisebb cunamit is megfigyeltek, amelyek nem okoztak károkat. A legtöbb a Csendes-óceán térségében jött létre. A tapasztalatok szerint a cunamik amplitúdója, hullámhossza és sebessége elsősorban a kiváltó földrengés paramétereitől függ. Általános szabály, hogy minél nagyobb az adott földrengés magnitúdója, annál nagyobb cunami keletkezik. A 7,0-nál kisebb magnitúdójú földrengések általában nem hoznak létre károkat okozó cunamikat.

A kontinensvándorlás elméletét az olvasók nyilván ismerik, annyi szó volt már róla a sajtóban, a rádióban és a tévében. A legtöbb földrengés ott keletkezik, ahol az egyik litoszféralemez a másik alá bukik. Ezt a jelenséget nevezik szubdukciónak. Földrengésektől kísért szubdukció történik ma is az Indonéz-szigetívkülső, délnyugati oldalán és Japán keleti partjai mentén. Ez az oka annak, hogy itt jött létre eddig a legtöbb cunami. A 2004. december 26-i cunamit egy rendkívüli erejű - 9,3 magnitúdójú - földrengés váltotta ki, melynek epicentruma körülbelül 30 km-rel a tengerfenék alatt helyezkedett el. A mérések szerint a földrengés során 2 · 1018 joule energia szabadult fel. Az azóta elvégzett tengeri mérések szerint a tengerfenéken egy fő törésvonal mentén körülbelül 15-20 m-es oldalirányú elmozdulás történt, továbbá a tengerfenék körülbelül 5-10 m-rel megemelkedett. Ezt a nagy földrengést 2005 áprilisáig számos gyengébb utórengés követte, amelyek nyomán azonban újabb cunamik nem keletkeztek. A főbb utórengések epicentrumai az elsőtől délkeletre helyezkedtek el (2. ábra). Az ábrán az USGS értelmezése szerinti szubdukciós övet is feltüntették, melynek hossza mintegy 1200 km. E mentén tolódik az Indiai-óceán litoszféralemeze az Indonéz-sziget-ív alá, mintegy 40-45 fokos szög alatt. Ebben az övben a szubdukció ma is folytatódik, tehát a jövőben is várhatók újabb földrengések, és cunamik keletkezése sem zárható ki. Hogy mikor, azt ma nem tudjuk megmondani. A 2. ábrán Szumátra délnyugati oldalán húzódó hegyvonulat ma is működő vulkánok sora. Ezek a szubdukció során alábukó és fokozatosan megolvadó litoszféralemezből származnak. Könnyen illó vegyi komponenseik hatására tör fel a megolvadt kőzetanyag (láva) a felszínre. Ez a vulkáni ív Jáva szigetén is folytatódik. Szumátrán a vulkáni ívtől északkeletre zavartalan kőzetekből álló síkság következik.

A cunamik elleni védekezés

A cunamik kialakulását megakadályozni nem lehet, de katasztrofális következményeik miatt több érintett ország nagy erőfeszítést tesz a közelgő veszedelem jelzésére. Sajnos ma még azt sem lehet megmondani, hogy mikor pattanhat ki valahol cunami létrehozására képes földrengés.

2. ábra

Az e téren erősen érintett Egyesült Államok, Japán, Kína és Oroszország óriási erőfeszítéseket tesznek a földrengések minél pontosabb előrejelzésére. Eddig azt sikerült meghatározni, hogy melyek a földrengésekkel leginkább veszélyeztetett területek. Nagy valószínűséggel meghatározható a földrengések gyakorisága évtizedes időintervallumokon 3. ábra. A számított és a ténylegesen mért cunamihullám amplitúdója a nyílt tengeren a földrengés kipattanásától számított órák függvényében (Rat Island cunami, 2003. november 17.) belül. Sajnos egy adott területen a földrengés pontos előrejelzése - beleértve a várható magnitúdót - eddig még nem sikerült.

3. ábra

Korábban főként gyenge előrengések regisztrálásával próbálták adott földrengés várható kipattanását meghatározni, de ez a metodika eddig nem vezetett sikerre. A legutóbbi években különböző elektromágneses jelenségekre terelődött a figyelem, melyek a földrengéseket néhány nappal vagy órával megelőzik. Így például igen rövid frekvenciájú (< 1 Hz) rádióhullámokat észleltek amerikai kutatók Kaliforniában néhány órával egy földrengés kipattanása előtt. Egy másik ígéretes módszer a készülő földrengés körzetében kibocsátott infravörös kisugárzás mérése műholdakról. A NASA mérései szerint a 2001. évi gujarati (India) földrengést néhány nappal megelőzően jelentősen felerősödött az infravörös kisugárzás, ott ahol a földrengés későbbi epicentruma elhelyezkedett. Mindez ma még kísérleti szakaszban van, de a szakemberek szerint megalapozott remény van arra, hogy egy-két évtizeden belül a földrengések előrejelzése érdemben pontosabbá válik (IEEE Spectrum, 2005. december).

Napjainkban a reális cél csak a már létrejött cunami minél gyorsabb és pontosabb jelzése, és az érintett lakosság riasztása. Ilyen irányú kutatások és fejlesztések elsősorban az Egyesült Államokban és Japánban folynak 1946 óta. Kiderült, hogy cunamik érkezését a tengerfenéken lehorgonyzott nyomásmérő készülékekkel lehet előre jelezni. Ezek nagy pontossággal mérik a vízoszlop nyomását. Földrengés során a nyomás megváltozik, és a változás mértékét a készülék egy felszíni bójához továbbítja. A készülékek még a cunami hullám átvonulásakor fellépő kis nyomásnövekedést is észlelni tudják, így a cunami előrehaladását a nyílt tengeren is követni lehet. A bójáról az információk műholdra kerülnek, onnan pedig az adott ország cunamiriasztó központjába. A riasztást rádión és TV-n keresztül azonnal közzéteszik. 1965-re épült ki a PTWC-nek nevezett riasztó-rendszer (Pacific Tsunami Warning Center). Ehhez természetesen földrengésjelző szeizmológiai állomások is tartoznak. Japán partjai mentén jelenleg 80 víz alatti nyomásérzékelő állomás működik folyamatosan.

Az Egyesült Államokban a NOAA felelős a cunami-riasztásért. A NOAA irányításával 2003-ban egy olyan új, számítógéppel vezérelt riasztó-rendszert helyeztek üzembe, amely a szeizmométerekről kapott adatok alapján modellezi a cunami várható paramétereit (Real-Time Tsunameter System). A rendszer jelenleg hat, az óceánfenéken elhelyezett szenzorból áll: három az Aleuti-szigetívtől délre, kettő az Egyesült Államok nyugati partjai előtt és egy félúton Chile és a Hawaii-szigetek között. A rendszert először 2003. november 16-án alkalmazták, amikor az Aleuti-szigetívtől délre egy 7,5 magnitúdójú földrengés pattant ki. A 3. ábra a földrengés kipattanásától számított idő függvényében mutatja be a számított (szimulált) és a ténylegesen mért cunamiamplitúdókat. A két görbe egybeesése az új módszer eredményességét igazolta. A NOAA szakértői azt remélik, hogy ezzel a rendszerrel a korábbinál jóval gyorsabb és pontosabb előrejelzés, illetve riasztás érhető el. Ennek érdekében 2003-ban egy cunamiveszélyt csökkentő programot indítottak meg, melynek keretében számos új szenzort kívánnak a Csendes-óceán térségében elhelyezni. A rendszer általános alkalmazhatósága természetesen attól is függ, hogy mennyire tudják a számítógépes modellezés során az adott területrész szeizmológiai és földtani adottságait figyelembe venni.

Az Indiai-óceán partvidékén a 2004. évi nagy cunami létrejöttekor cunamiriasztó-rendszer nem működött. Szakértők véleménye szerint megfelelő riasztó-rendszer működése esetén az áldozatok nagy részét meg lehetett volna menteni. Ezért most az Indiai-óceán körül a fentiekhez hasonló riasztó-rendszer kiépítését tervezik.

Japán cunamiknak leginkább kitett partjai mentén kőből és betonból védőgátakat is építettek a károk csökkentése érdekében. Ezek azonban csak kisebb cunamik esetében nyújtottak hatékony védelmet. Így például az Aonae kikötőben kiépített védőgáton az 1993-ban keletkezett cunami átcsapott és megrongálta a mögötte levő épületeket. A védőgát mégis hasznos, mert lelassítja az érkező víztömeget és csökkenti annak pusztító hatását.

Végül nem elhanyagolható védekezési módszer a cunamiknak kitett tengerpartokon élő lakosság felvilágosítása és oktatása. Ebbe tartozik a riasztás módjának ismertetése, az optimális menekülési útvonalak kijelölése és bemutatása, és a legveszélyeztetettebb helyeken építkezés betiltása vagy korlátozása. Az Egyesült Államokban úgynevezett cunamikockázat-térképeket szerkesztenek és bocsátanak a helyi önkormányzatok rendelkezésére. (A NOAA értékelése szerint az Egyesült Államokban körülbelül 3 millió ember él nagyobb cunamik által veszélyeztetett parti területeken.)

A földrengések keletkezésével, mérésével és geofizikai értékelésével a szeizmológia tudománya foglalkozik. Ezt a kérdéskört Meskó akadémikus fent említett cikke részletesen tárgyalja, ezért ennek megismétlését feleslegesnek tartom.

Összefoglalva, a földtörténet során rendszeresen létrejöttek cunamik és megjelenésükkel a jövőben is számolni kell. Megakadályozni nem tudjuk őket, de megfelelő riasztással pusztító következményeiket csökkenteni lehet.

Cunamikkal kapcsolatos információkat közlő és rendszeresen megújított internetes honlapok:

http://www.sciencenews.org/scripts/
http://en.wikipedia.org/wiki/Tsunami
http://en.wikipedia.org/wiki/2004_Indian_Ocean_earthquake
http://www.tsunami.noaa.gov/tsunami.story.html
http://www.ess.washington.edu/tsunami/index.html
http://www.geophys.washington.edu/tsunami/general/physics/physics.html
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/1/1f/USGS_Sunda_Trench.jpg