水下地震或火山爆發引發海嘯的必要條件是什麼?

哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的高階研究科學家克勞斯·雅各布(Klaus Jacob)解釋說。

一些外部物理過程作用於海底下方或從上方衝擊水面,從而導致大量海水快速位移,就會產生海嘯。然後,重力提供恢復力以平滑海面垂直位移,從而導致波浪從擾動源向外傳播。

多種事件都可能導致所需的海水垂直位移,包括某些(但並非全部)海底地震;海底滑坡;大型冰山崩解;海洋中(或海岸附近)的爆炸性火山爆發;陸地滑入海洋;隕石或彗星撞擊海洋(或海岸附近的陸地);甚至港口中大型船隻的爆炸也可能引發區域性海嘯。


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那麼,為什麼有些海底地震會引發海嘯,而另一些則不會呢?首先,地震的規模必須足夠大。明顯的海嘯需要震級約為7級或更大的地震,而造成廣泛破壞的海嘯通常需要震級至少為8級或更大的地震。但是,儘管大震級事件是必要的,但僅憑它們本身並不足以引發海嘯。同樣重要的是,海底必須發生垂直變形。這種變形可以包括與海底相交的斷層,並且具有斷層偏移的垂直分量。(斷層偏移是指斷層一側的岩石相對於斷層另一側的岩石滑移或偏移的距離。)因此,走滑斷層(如加利福尼亞州的聖安地列斯斷層,即使其某些部分在近海執行),板塊傾向於彼此水平滑移,通常不會產生明顯的海嘯。因為在這些區域,水幾乎不受海底水平剪下運動的影響,所以只有少量水發生位移。當走滑地震隨後引發大型海底滑坡時,就會出現例外情況。後一種事件可以垂直移動水,從而產生海嘯。

最臭名昭著的海嘯型地震發生在俯衝帶。在一次大型俯衝地震期間,一個板塊(通常是海洋板塊)可以在上覆板塊(通常是大陸或火山島鏈)的前緣下方滑動多達 20 米(60 英尺)。對全球地震圖的初步分析表明,在 2004 年 12 月 26 日蘇門答臘-安達曼大地震期間,印度板塊可能確實在斷層的一個區域滑過了緬甸板塊多達 20 米,但在其他區域可能略少。這種沿東北方向傾斜約 10 或 15 度的斷層上的總傾斜滑動的垂直分量可能約為 2 米。當所有可用的地震、海嘯、大地測量、海洋地球物理和地質以及其他資料可以聯合分析時,這些非常初步的估計肯定會在未來仔細的研究中得到完善。

深海溝通常標誌著兩個板塊之間的邊界,其中一個板塊俯衝到另一個板塊之下。在海溝附近和海側的區域,海底在地震期間往往會向下推,而在海溝的陸側,上覆板塊的前緣會抬高几米。上覆板塊的邊緣通常被亞垂直地切成傾斜的“覆瓦狀”斷塊堆疊,就像傾斜的牌堆中彼此移動的撲克牌一樣。海底變形的所有垂直分量都有助於海嘯,無論它們代表地震期間海底的上升還是下降。海嘯波連續波中第一個是掏空附近的港口或海岸,還是相反,用洶湧的水牆淹沒海岸,這在很大程度上取決於海岸最靠近海底的下降部分,還是已經被抬升的部分。

中等地震有時會引發巨大的海嘯。一個例子是 1946 年發生在阿拉斯加半島尖端以西的阿留申群島東部的烏尼馬克島附近的地震。地震的震級“僅”在 7.3 到 7.8 之間,但由地震引發的大型海底滑坡引發了太平洋範圍的海嘯。單獨作用產生如此規模海浪的俯衝地震需要震級接近 9 級。

1883 年,當印度尼西亞巽他海峽的火山喀拉喀託島被炸成碎片時,海底形成了一個巨大的火山破火山口,而拋到空中的火山碎屑落在了前島嶼周圍的海面上。來自下方和上方的這種雙重運動引發了海嘯,衝擊了整個印度洋的海岸,在許多地方大大超過了 2004 年 12 月 26 日蘇門答臘北部近海地震引發的海嘯高度。擔心夏威夷群島的部分地區或加那利群島滑入太平洋或大西洋的火山或地震引發的滑坡,會使這兩個海洋盆地中及其附近的絕大多數海岸面臨風險。雖然此類事件發生的機率較低,但可能會產生災難性後果。

人類還沒有經歷過隕石撞擊海洋而引發的全球性大海嘯。但是,地球地質歷史上最極端的海嘯之一可能是由隕石撞擊現在被稱為墨西哥尤卡坦半島的奇克蘇盧布結構附近造成的。這一事件發生在約 6500 萬年前,導致許多物種滅絕,包括恐龍,很可能是由於大氣中的火山碎屑和塵埃遮蔽了地球表面免受太陽能量的影響而導致全球氣溫下降。但是,隕石撞擊和相關的彈道碎片墜落也引發了估計高達 1,000 英尺的全球海嘯。這種巨大海浪的證據繼續在美國面向墨西哥灣的各州等許多大陸的海岸被發現。

1917 年 12 月 12 日,在新斯科舍省哈利法克斯港發生了一次非常區域性但仍然致命的海嘯。港口內一艘裝載第一次世界大戰彈藥的貨輪爆炸引發了局部海嘯,導致 60 英尺高的水牆衝入城鎮。

當湖泊、水庫或峽灣等封閉水體因岩石或滑坡而遭受突然的水體位移時,它們還可能在對面的海岸線上引起致命且通常壯觀的向上湧水。歷史時期記載的記錄保持者是阿拉斯加東南部利圖亞灣的巖崩,該巖崩是由 1958 年費爾韋瑟斷層走滑地震引發的,震級約為 8 級。當巨大的巖崩下降到狹窄的峽灣式利圖亞灣時,獲得了高速,這使得被移動的水在峽灣對面的巖壁上衝高到 1,700 英尺(520 米)的高度。洶湧的水流將數百萬棵森林樹木和所有土壤從整個巖壁上剝落到這個高度。

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