Цунами в озерах - Tsunamis in lakes

А цунами определяется как серия волн на воде, вызванная смещением большого объема водоема; в случае этой статьи исследуемый водоем будет озеро а не океан. Цунами в озерах становятся все более важными для изучения в качестве опасности из-за растущей популярности их использования в рекреационных целях и увеличения населения, населяющего берега озер. Цунами, возникающие в озерах и водохранилищах, вызывают серьезную озабоченность, потому что они связаны с областью источника ближнего поля, что означает сокращение времени предупреждения до минут или часов.

Причины

Опасность цунами на суше может быть вызвана многими различными типами движения земли. Некоторые из них включают землетрясения в озерных системах или вокруг них, оползни, селевые потоки, каменные лавины и откол ледников. Вулканогенные процессы, такие как газ и массовый поток характеристики более подробно обсуждаются ниже.

Землетрясения

Рисунок 1: Диаграмма, показывающая, как землетрясения могут вызвать цунами.

Цунами в озерах могут быть вызваны вина перемещение под озерными системами или вокруг них. В результате разломов земля смещается в вертикальном направлении за счет процессов обратного, нормального или наклонного сдвига, что приводит к смещению воды выше, вызывая цунами (рис. 1). Причина, по которой сдвиговые разломы не вызывают цунами, заключается в том, что в пределах движения разломов нет вертикального смещения, а есть только боковое движение, приводящее к отсутствию смещения воды. В замкнутом бассейне, таком как озеро, цунами называют начальной волной, вызванной косейсмическим смещением в результате землетрясения, и сейша как гармонический резонанс в озере.^[1]

Для возникновения цунами необходимы определенные критерии:

Должен произойти чуть ниже дна озера.
Землетрясение имеет высокую или умеренную магнитуду, как правило, более четырех баллов.
Вытесняет достаточно большой объем воды, чтобы вызвать цунами.

Эти цунами имеют высокий потенциал повреждения из-за того, что они находятся в озере, что делает их источником ближнего поля. Это означает значительное сокращение времени предупреждения, в результате аварийная эвакуация после того, как возникновение цунами практически невозможно, а из-за низких берегов даже небольшие волны приводят к значительным наводнениям.^[2] Планирование и обучение жителей необходимо проводить заранее, чтобы в случае землетрясения они знали, что нужно подниматься на возвышенность и какими маршрутами добираться.

озеро Тахо

озеро Тахо это пример озера, которому угрожает цунами из-за процессов разломов. Озеро Тахо в Калифорнии и Неваде, США, расположено в пределах межгорного бассейна, ограниченного разломами, большинство из которых находятся на дне озера или скрыты в ледниково-флювиальных отложениях. На озере Тахо было много доисторических извержений, и при изучении донных отложений озера 10-метровый уступ сместил донные отложения озера, что указывает на то, что вода была вытеснена на такую же величину, а также породила цунами. Цунами и сейши в озере Тахо можно рассматривать как длинные волны на мелководье, поскольку максимальная глубина воды намного меньше длины волны. Это демонстрирует интересное влияние, которое озера оказывают на характеристики волн цунами, поскольку они сильно отличаются от характеристик волн цунами в океане из-за того, что океан более глубокий, а озера по сравнению с ними относительно мелкие. С океанскими цунами амплитуда волн увеличивается только тогда, когда цунами приближается к берегу, в озере волны цунами генерируются и остаются на мелководье.

Это окажет серьезное влияние на 34 000 постоянных резиденций вдоль озера, не говоря уже о влиянии на туризм в этом районе. В результате цунами районы возле озера будут затоплены из-за постоянного проседания грунта, связанного с землетрясением, при этом самые высокие подъемы и амплитуды будут связаны с землетрясением. сейши а не реальное цунами. Причина, по которой сейши причиняют такой большой ущерб, связана с резонансом внутри заливов, отражающим волны, где они объединяются, образуя большие стоячие волны. Для получения дополнительной информации см. сейши.^[3] Озеро Тахо также испытало мощное обрушение западного края бассейна, который сформировал залив Мак-Кинни около 50 000 лет назад. Считается, что вызвало цунами /сейшевая волна с высотой около 330 футов (100 м).^[4]

Суб-воздушные массовые потоки

Субантенна массовые потоки (оползни или быстрый массовое истощение ) случаются, когда большое количество отложений становится нестабильным, это может произойти, например, из-за сотрясения от землетрясения или насыщения отложений, инициирующего скользящий слой. Этот объем отложений затем попадает в озеро, вызывая внезапное большое вытеснение воды. Цунами, порождаемые субаэральными массовыми потоками, определяются с точки зрения первой начальной волны, являющейся волной цунами, а любые цунами с точки зрения субаэральных массовых потоков можно разделить на три зоны. Зона всплеска или зона генерации волн, это область, где оползни связаны с движением воды, и она простирается до тех пор, пока оползень распространяется. Зона ближнего поля, в которой беспокойство основано на характеристиках волны цунами, таких как амплитуда и длина волны, которые имеют решающее значение для целей прогнозирования. В дальней зоне этот процесс в основном зависит от характеристик рассеяния и не часто используется при исследовании цунами в озерах, так как большинство озерных цунами связаны только с процессами в ближней зоне.^[5]

Современный пример оползня в водохранилище, выходящего за плотину, произошел в Италии с Плотина Ваджонт катастрофа 1963 года. Доказательства существуют в палеосейсмологический доказательства и другие осадочные образец керна индикаторы катастрофических обрушений горных пород в результате цунами в озерах, вызванных оползнями, во всем мире, в том числе в Женевское озеро в 563 г.^[6]

Пример Новой Зеландии

В случае Альпийский разлом в Новой Зеландии разрыв в Южный остров, прогнозируется, что в прибрежных городах у озера в Квинстаун (Озеро Вакатипу ) и Ванака (Озеро Ванака ). Это может вызвать суб-воздушные потоки массы, которые могут вызвать цунами в озерах, что окажет разрушительное воздействие на 28 224 жителей (Перепись 2013 Новой Зеландии ), которые занимают эти озерные города, не только из-за потенциальных потерь жизни и имущества, но и из-за ущерба, нанесенного быстро развивающейся туристической индустрии, на восстановление потребуются годы.

В Региональный совет Отаго, ответственный за район, признал, что в таком случае цунами может произойти в обоих озерах.

Вулканогенные процессы

Рисунок 2: Спутниковый снимок Озеро Киву в Африке.

В этой статье основное внимание уделяется цунами, порожденным в озерах вулканогенными процессами с точки зрения скопления газа, вызывающего сильные изгибы озер, при этом другие процессы, такие как пирокластические потоки, не учитываются, так как это требует более сложного моделирования. Перевороты озера могут быть невероятно опасными и происходить, когда газ, застрявший на дне озера, нагревается поднимающейся магмой, вызывая взрыв и опрокидывание озера; Примером этого является озеро Киву.^{[нужна цитата ]}

Озеро Киву

Озеро Киву, один из Великие африканские озера, лежит на границе между Демократическая Республика Конго и Руанда, и является частью Восточноафриканский рифт. Быть частью рифта означает, что на него влияет вулканическая активность под озером. Это привело к скоплению метана и углекислого газа на дне озера, что может привести к сильному лимнические высыпания.

Лимнические высыпания (также называемые «озером через повороты») возникают из-за вулканического взаимодействия с водой на дне озера, которая имеет высокую концентрацию газа, это приводит к нагреванию озера, и это быстрое повышение температуры может вызвать взрыв метана, вытесняющий большой количество воды, за которым почти одновременно следует выброс углекислого газа. Этот углекислый газ задушит большое количество людей, а возможное цунами, вызванное вытеснением воды из-за взрыва газа, затронет всех 2 миллионов человек, населяющих берега озера Киву.^[7] Это невероятно важно, так как время предупреждения о таком событии, как опрокидывание озера, невероятно короткое - порядка минут, а само событие можно даже не заметить. Обучение местных жителей и подготовка имеют решающее значение в этом случае, и в этой области было проведено много исследований, чтобы попытаться понять, что происходит в озере, чтобы попытаться уменьшить последствия, когда это явление действительно происходит.

Переворот озера Киву происходит по одному из двух сценариев. Либо (1) накопление газа еще до ста лет приводит к газонасыщению в озере, что приводит к спонтанному выбросу газа, происходящему на глубине, на которой газонасыщенность превышает 100%, либо (2) вулканическое или даже сейсмическое событие. вызывает оборот. В любом случае сильный вертикальный подъем большого водоема приводит к образованию шлейфа пузырьков газа и воды, поднимающегося вверх и через поверхность воды. По мере того, как кипящая водяная колонка втягивает свежую воду, содержащую газ, кипящая водяная колонка расширяется и становится более энергичной, поскольку происходит виртуальная «цепная реакция», которая будет выглядеть как водянистый вулкан. Очень большие объемы воды вытесняются сначала по вертикали, затем по горизонтали от центра на поверхности и по горизонтали внутрь к нижней части столба кипящей воды, питаясь свежей водой, содержащей газ. Скорость поднимающегося столба воды увеличивается до тех пор, пока он не сможет подняться на 25 м или более в центре над уровнем озера. Толщина воды может расшириться более чем на километр, что приведет к сильному нарушению всего озера. Для полного развития водянистого вулкана может потребоваться до суток, при этом он выделяет более 400 миллиардов кубических метров газа (~ 12 трлн фут3). Некоторые из этих параметров являются неопределенными, особенно время, необходимое для выпуска газа, и высота, на которую может подняться столб воды. В качестве вторичного эффекта, особенно если водная толща ведет себя нерегулярно с серией нагонов, поверхность озера поднимется на несколько метров и создаст серию цунами или волн, исходящих от эпицентра извержения. Поверхностные воды могут одновременно удаляться от эпицентра со скоростью до 20-40 м / сек, замедляясь по мере увеличения расстояния от центра. Размер создаваемых волн непредсказуем. Высота волн будет максимальной, если водный столб периодически будет подниматься вверх, в результате чего высота волн достигает 10-20 метров. Это вызвано постоянно меняющимся путем, который вертикальная колонна ведет к поверхности. Не существует надежной модели для прогнозирования такого общего поведения текучести кадров. Для предотвращения цунами людям необходимо будет подняться на возвышенность, по крайней мере, на 20 м над уровнем озера. Хуже ситуация может иметь место на реке Рузизи, где подъем уровня озера может вызвать внезапное наводнение крутой речной долины, спускающейся на 700 метров к озеру Танганьика, где возможно, что стена воды с высоты 20-50 метров может устремиться вниз по течению. ущелье. Вода - не единственная проблема для жителей бассейна Киву; Выброшенное более 400 миллиардов кубометров газа создает облако плотнее воздуха, которое может покрыть всю долину на глубину 300 м или более. Присутствие этого непрозрачного газового облака, которое задушит любые живые существа своей смесью углекислого газа и метана с примесью сероводорода, приведет к большинству жертв. Жителям будет рекомендовано подняться как минимум на 400 м над уровнем озера, чтобы обеспечить свою безопасность. Как ни странно, риск взрыва газа невелик, поскольку газовое облако состоит всего лишь на 20% из метана в двуокиси углерода, смеси, которую трудно воспламенить.^{[нужна цитата ]}

Современные примеры

Аскья

В 23:24 21 июля 2014 г. в период, когда рой землетрясений связанные с предстоящим извержением Bárðarbunga, участок шириной 800 м уступил место склонам исландского вулкана Аскья. Начавшись на высоте 350 метров над уровнем воды, он вызвал цунами высотой 20–30 метров через кальдеру и потенциально более сильное в локализованных точках удара. Из-за позднего часа туристов не было; однако поисково-спасательные службы обнаружили паровое облако, поднимающееся из вулкана, очевидно, геотермальный пар, выпущенный оползнем. Неизвестно, сыграла ли геотермальная активность свою роль в оползне. В результате оползня было вовлечено 30-50 миллионов кубических метров воды, подняв уровень воды в кальдере на 1-2 метра.^[8]

Снижение опасности

Опасность смягчение последствий цунами в озерах чрезвычайно важно для сохранения жизни, инфраструктуры и имущества. Чтобы управление опасностями цунами в озерах функционировало на полную мощность, необходимо сбалансировать и взаимодействовать друг с другом четыре аспекта, а именно:

Готовность (готовность к цунами в озере)
- Планы эвакуации
- Убедитесь, что оборудование и материалы находятся в режиме ожидания на случай цунами.
- Информирование местных жителей о том, какая опасность им угрожает и что им нужно делать в случае цунами в озере.
Ответ к событию цунами в озере
- Спасательные операции
- Получение помощи, такой как еда и медицинское оборудование
- Предоставление временного жилья перемещенным лицам.
Восстановление от цунами
- Восстановление поврежденных дорожных сетей и инфраструктуры
- Восстановление и / или перемещение поврежденных зданий
- Очистка от завалов и затопленных участков земли.
Снижение (планы по снижению последствий следующего цунами)
- Создание зонирования землепользования для обеспечения буфера от цунами, что означает, что здания нельзя строить прямо на берегу озера.

Когда все эти аспекты принимаются во внимание и постоянно контролируются и поддерживаются, уязвимость территории для цунами в пределах озера уменьшается. Это происходит не потому, что сама опасность уменьшилась, а потому, что осведомленность людей, которые будут затронуты, делает их более подготовленными к тому, чтобы справиться с ситуацией, когда она действительно произойдет. Это сокращает время восстановления и реагирования для области, уменьшая количество нарушений и, в свою очередь, влияние бедствия на сообщество.

Будущие исследования

Исследование явлений цунами в озерах для данной статьи ограничивалось определенными ограничениями. На международном уровне было проведено изрядное количество исследований некоторых озер, но не все озера, на которые может повлиять это явление, были охвачены. Это особенно верно для Новой Зеландии с возможным возникновением цунами в крупных озерах, признанных опасными, но без проведения дополнительных исследований.

Смотрите также

Готовность к стихийным бедствиям
Историческое цунами
Ледяной джем
Мегацунами (перечисляет несколько происшествий с озером)
Mount Breakenridge
Быстрая глина
Seiche
Общество цунами

Сноски

^ Ichinose .G.A, et al; 2000 г.
^ Freundt Armin et al. 2007 г.
^ Ichinose .G.A, et al; 2000 г.
^ Гарднер, Дж. В. (июль 2000 г.). "Лавина обломков озера Тахо". 15-я ежегодная геологическая конференция. Геологическое общество Австралии.
^ Уолдер Дж. С. и др .; 2003 г.
^ Кремер, Катрина; Гай Симпсон и Стефани Жирардклос (28 октября 2012 г.). «Гигантское цунами на Женевском озере в 563 году нашей эры». Природа Геонауки. 5 (11): 756–757. Bibcode:2012НатГе ... 5..756К. Дои:10.1038 / ngeo1618.
^ Факты о вулканах^{[мертвая ссылка ]}
^ Йон Кристинн Хельгасон; Свейнн Бриньольфссон; Томас Йоханнессон; Кристин С. Вогфьорё; Харпа Гримсдоттир; Аста Рут Хьяртардоттир; Orsteinn Sæmundsson; Арманн Хёскульдссон; Фрейстейнн Зигмундссон; Ханна Рейнольдс (5 августа 2014 г.). "Frumniðurstöður rannsókna á berghlaupi í Öskju 21. júlí 2014".