Крупнейшие цунами мира

От цунами во время знаменитого Лиссабонского землетрясения 1.XI. 1755 г. погибло до 60 тыс. человек из 235 тыс. проживавших тогда в городе. Высота волн была, по рассказам, на 5 м выше самого максимального уровня прилива. Волны наблюдались по всему Атлантическому океану.

Вспомнили этот случай 28.II. 1969 г., когда произошло землетрясение с магнитудой 8 в районе подводного хребта (36°00' с.ш., 10°36' з.д.) вблизи берегов Португалии.

В 1707 г. из-за страшных волн в заливе Осака пошло ко дну более 1000 крупных и мелких судов.

Рис. 6.9. Карта Тихого океана с указанием времени распространения цунами, вызванного Чилийским землетрясением 1960 г.

Искривление фронта волн представляет собой эффект рефракции, связанной с изменением глубины океана

Исключительной силы было произошедшее 25 декабря 2004 г.«Рождественское» цунами, связанное с глубоким (около 22 км) гипоцентром землетрясения северо-западнее Банда Ачех (Banda acex) в Индонезии в Индийском океане. Причиной цунами явилось смещение поверхности дна океана на продолжении (?) структуры Яванской глубоководной впадины по образовавшейся зоне разлома протяженностью более 100 км. Магнитуда этого землетрясения составила 9 единиц, то есть практически максимально возможных значений, поскольку при вличине этой логарифмической энергетической характеристики 8,5-8,9 землетрясения относятся к самым сильным из зарегистрированных. Высота заплеска волн цунами была около 30 м (по этому показателю далеко не максимальная). Но в зоне интенсивного воздействия этих волн оказалось 11 стран: от Индонезии на востоке до восточных берегов Африки. Наиболее сильно пострадали прибрежные районы Таинланда, Шри-Ланка и Суматры.

По предварительным данным жертвами этого «Рождественского цунами» стало более 300 тыс. человек, ранено до 500 тысяч, пострадало в целом свыше 2-3 млн человек. Поразителен рост жерт этих событий по сообщениям средств массовой информации: от первых десятков-сотен в день катастрофы до более 150 тысяч по истечению 10 дней с момента происшествия. Однако, подлинное число погибших остается не выясненным, так как к ним пока не отнесены «пропавшие без вести». Более отдаленные последствия этой катастрофы связываются с вероятностью крупных эпидемий, как в связи с разложением трупов животных в условиях сильной жары (свыше 30-40°С), так и в связи с большим количеством появившихся новых водно-болотных угодий в прибрежных участках Индийского океана.

Причиной появления цунами служат и подводные ядерные взрывы, как, например, при испытаниях на о. Бикини. Однако, при взрывах на Алеутских островах в 1956, 1969 и 1971 гг. цунами не возникали.

3. Энергетический баланс Земли

Все распадные процессы на земной поверхности генерируются Солнцем. Солнечное излучение близко к равновесному, подчиняющемуся распределению Планка, с абсолютной температурой Т_с= 5770 К (5497° С).

Средняя температура земной поверхности Т₀= 288 К (15° С). Согласно принципу Карно, отражающему второе начало термодинамики, это излучение может быть переведено в работу с максимальным к.п.д.

h_{0 =} Т_с-Т_о/ Т_с =0,95

Это не зависит от способа улавливания солнечной энергии: теплового излучения фотонов, потенциальной энергии связей химсоединений в процессе фотореакций и др.

Среднее распределение солнечной энергии по генерирующим процессам, с учетом встречающихся флуктуаций, определяет климат земной поверхности.

Мощность солнечного излучения, падающего за пределами атмосферы на Землю, равна:

p×r₃² ×J_с= 4p×r₃² ×J=1,7×10¹⁷Вт,

J_с= 4J = (1367±3)Вт/м², J=340 Вт/м²,

где J_с - солнечная постоянная, r_з - радиус Земли, p×r₃² - площадь освещенной Солнцем поверхности Земли, 4p×r₃² - общая поверхность Земли, на которую происходит перераспределение солнечной энергии, J - средний поток излучения на единицу площади земной поверхности.

Отраженная часть солнечной энергии - планетарная альбедо А. Для современной Земли это 30%. На 83% альбедо определяется отражением атмосферы и лишь на 17% - поверхностью Земли.

Поглощенный Землей (с атмосферой) поток солнечного излучения на единицу площади земной поверхности составляет:

J_е=J(1-А)=240 Вт/м².

Средний поток этого излучения достигающего поверхности Земли ослабляется по сравнению с J_е примерно вдвое и составляет J₀ =150 Вт/м².

Эта величина - вся свободная энергия, получаемая земной поверхностью из космоса.

В равновесном состоянии, когда температура Земли стабильна, энергия солнечного излучения, падающего на Землю, совпадает с энергией обратного теплового излучения Земли (рис. 6.11). Каждый фотон солнечного излучения распадается на n=T_c/T₀ =20 фотонов теплового излучения, которые возвращаются Землей обратно в космическое пространство. Именно в результате этого происходит генерация всех наблюдаемых нами упорядоченных процессов на поверхности Земли.

Поток коротковолновой солнечной энергии, поглощаемой Землей J_е, ведет к разогреву земной поверхности и вызывает тепловое излучение Земли в космос. По закону сохранения энергии баланс потоков энергии на Земле может быть определен как

J_е=q_e+cdT/dt (Горшков, 1994),

где J_e - солнечное излучение поглощаемое Землей, q_e - поток эффективного теплового излучения Земли, с - теплоемкость, Т - абсолютная температура земной поверхности. Второе слагаемое - изменение тепловой энергии Земли Q со временем. Теплоемкость (с= ¶q/ ¶T) определяется теплоемкостью океанов.

Абсолютная величина парникового эффекта =160 Вт/м². Около 100 Вт/м² определяется парами воды (0,3 об. % в атмосфере). Остальная часть приходится на CH₄, N₂O и O₃, общее содержание которых не превышает 3×10^-4 0% (рис. 6.11).

Атмосфера, создающая парниковый эффект, подобна многослойной шубе. Но в парниковом эффекте источник тепла внешний: атмосфера прозрачна для солнечного излучения и малопрозрачна для теплового.

Рис. 6.10. Распределение солнечной энергии на Земле

Зачернение стрелок - потоки свободной энергии, генерируемые солнечным излучением. Полые стрелки - потоки тепловой энергии

Рис. 6.11. Поглощение тепла парами воды, озоном и углекислым

газом

При нулевом альбедо орбитальная температура может быть выведена из уравнения

J= d T⁴_R.

Для Земли T_R =278 K (+5°С). Наличие альбедо понижает эту температуру на 23°С (до - 18°С), а парниковый эффект повышает ее на 33°С (до

15°С).

Величины общих потоков энергии у поверхности Земли отражены в табл. 6.7.

Как же ведут себя физические системы во внешнем потоке энергии? Каковы физические системы динамического равновесия? В каких условиях различные физические и химические системы могут быть описаны относи-

тельно простыми нелинейными уравнениями? Такое изучение физических и химических систем во внешнем потоке энергии получило общее название "синергетики".

Средние значения измеряемых характеристик обычных устойчивых систем (затухающих и незатухающих колебаний) являются аттракторами. Процессы упорядоченности физико-химических систем называют самоорганизацией. Это понятие распространено и на живые организмы. Устойчивые состояния динамического равновесия носит название "диссипативная структура".

Парниковый эффект

Энергия атмосферных процессов определяется разностью коротковолновой радиации, достигающей земной поверхности, и длинноволнового инфракрасного излучения, отражаемого Землей. В результате температура приземного слоя воздуха и поверхности Земли выше, чем она была бы без этого эффекта. Именно он и называется парниковым.

Несмотря на то, что обычно этот тепличный эффект связывается с содержанием в атмосфере СО₂, на самом деле он явно многофункционален. И определяется содержаниями в атмосфере многих парниковых газов. Это - водяной пар, СО₂, СН₄ (метан), NO_x, в особенности N₂ О, О₃ (озон), хлорфторуглероды и др. (табл. 6.8).

Наиболее полно изучен парниковый эффект, обусловленный присутствием углекислого газа. Считается, что доля этого газа в парниковом эффекте составляет 64%. По сравнению с началом промышленной революции (1750-1800 гг.) произошло удвоение содержания этого компонента в атмосфере (рис. 6.13). Эффект радиационного воздействия при удвоенной концентрации СО₂, равный 4 вт/м², составляет 1,7% от величины коротковолновой солнечной радиации, поглощаемой атмосферой и поверхностью Земли и в среднем равной 240 вт/м².

Таблица 6.7