XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Цунами

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Презентация
• Наградные документы

Петров С.П. 1

---

1МБОУ Одинцовская СОШ № 12

Сутковенко О.В. 1

---

1МБОУ Одинцовская СОШ № 12

Работа в формате PDF

1 MB

---

Файл презентации

10.3 MB

---

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяДиплом участника II этапаДиплом за подготовку участника II этапаДиплом лауреата II этапаДиплом за подготовку лауреата II этапа

Аннотация

В исследовательской работе объектом изучения явилось цунами, предметом исследования стали физические характеристики цунами. Нами было изучено цунами не только как природное явление, но и с точки зрения физики. В процессе исследования были выделены причины образования волн, возможные последствия, а так же физические величины, характеризующие цунами.

Методами исследования явились:

- изучение, теоретический анализ и обобщение естественно - научной литературы, данных сети интернет и периодических изданий по теме исследования;

- обработка данных, полученных в ходе исследования, на основе которых сформулирован вывод.

На основе данных исследования, которые были получены вышеназванными методами, была достигнута цель исследования: исследование цунами, как физического явления.

Для достижения цели были реализованы следующие задачи:

- изучить образование, виды, физические характеристики цунами;

- обработать полученные данные и разработать рекомендации для одноклассников с учетом характеристики цунами.

Поставленная в начале исследования гипотеза, чтопоследствия цунами зависят от физических величин, характеризующих цунами полностью подтвердилась.

Практическая значимость исследования в том, что нами составлены авторские, научно-обоснованные рекомендации для одноклассников «Действия населения при угрозе цунами».

Введение.

Актуальность. Цунами в наше время достаточно актуальная тема для исследования в связи с изменением климата. Раньше цунами замечались только на побережье Индийского и Тихого океана в районе Японии, Камчатки, Аляски, Курильских островов. Но сейчас данное природное явление стало учащаться в Черном море. Если первое цунами в Черном море произошло в 1 веке до н. э., тогда был стерт с лица земли город Диоскурия, располагавшийся на территории Абхазии, то в последний раз цунами в Черном море было зарегистрировано в конце 2014 года в Одессе.

Объект исследования: цунами.

Предмет исследования: физические характеристики цунами.

Проблема. На данный момент обнаружен недостаточный уровень осведомленности населения России о зависимости уровня опасности цунами от его физических свойств. Исходя из проблемы, была сформулирована цель исследовательской работы: исследование цунами, как физического явления.

Для достижения цели, нами были сформулированы следующие задачи:

- изучить образование, виды, физические характеристики цунами;

- обработать полученные данные и разработать рекомендации для одноклассников с учетом характеристики цунами.

Гипотеза исследования: последствия цунами зависят от физических величин, характеризующих цунами.

Методы исследования:

- изучение, теоретический анализ и обобщение естественно - научной литературы, данных сети интернет и периодических изданий по теме исследования;

- обработка данных, полученных в ходе исследования, на основе которых сформулирован вывод.

Практическая значимость исследования: нами составлены авторские, научно-обоснованные рекомендации для одноклассников «Действия населения при угрозе цунами».

1. Цунами как природное явление.

Само явление цунами старо, как Океан. В японском языке иероглиф «цу» — это залив или бухта, «нами» — волна. Вместе оба иероглифа переводятся как «волна, заливающая бухту».

Рассказы очевид­цев о страшных волнах, передававшиеся из уст в уста, со временем становились легендами, а примерно 2000— 2500 лет назад появились и письменные свидетельства. Согласно одному из них погибла Атлантида. В числе ве­роятных причин исчезновения острова исследователи на­зывают и цунами.

Время свершения этого грандиозного события отно­сится к глубокой древности — 2500 лет назад.

Не исключено, что самый катастрофический случай цунами в истории человечества произошел в античные времена, хотя он дошёл до нас в виде мифов и преданий. Приблизительно в 1450 году до н.э. от гигантской волны, которую спровоцировал вулкан Санторини, погибла целая цивилизация. В 120 км от вулкана находится Крит, бывший в то время одной из самых могущественных держав Средиземноморья. Но цунами в один момент нанесло острову Крит колоссальный ущерб, от которого процветавшее прежде государство так и не смогло оправиться. Оно распалось, а многие его города оказались заброшены на две с половиной тысячи лет [10, с.44-45].

Понятно, что ни о каком научном рассмотрении явления тогда не могло быть и речи. Изучение цунами стало возможно лишь после возникновения и развития сейсмологии, так как Цунами, как правило, является следствием землетря­сения.   В свою очередь, рождением науки сейсмологии можно считать начало ХХ века, когда русский ученый академик Б. Б. Голицын изобрел электродинамический сейсмограф — прибор, с помощью которого сравнительно точно и просто определяется эпи­центр землетрясения (Приложение 1) [3,9].

В настоящее время высказываются различные взгля­ды на причины, порождающие цунами. Наряду с основ­ной причиной — землетрясением, к таковым относят на­гоны воды в бухты, которые вызываются тайфунами, штормами, сильными приливами.

Существуют также различные взгляды и на механизм образования очага цунами, возбужденного землетрясениями. В частности, предполагают, что само по себе земле­трясение не возбуждает цунами, а служит лишь спуско­вым механизмом. Причиной же являются мутьевые (су­спензионные, турбидитные) потоки осадкового вещества, обладающего тиксотропными свойствами (при определен­ных условиях способного к разжижению) и скапливаю­щегося в каньонах цунамигенных зон и участков. Это доказывает, что при землетрясениях даже небольшой силы волна по­лучает «толчок» к быстрому разжижению и движе­нию, а это, в свою очередь, создает предпосылки для возникновения очага цунами [5].

Цунами - огромные волны, возникающие в океанах или других больших водоёмах. Длина волны обычно составляет несколько сотен километров, а высота – от 3-10 до 40 метров. Рекордная высота цунами составила 524 метра. Произошёл этот чудовищный катаклизм в июне 1958 года в заливе Литуя на юго-востоке Аляски. Это цунами было вызвано землетрясением, в результате которого более 30 миллионов кубических метров горных пород рухнули в залив и привели к образованию мегацунами. От этой катастрофы погибло 5 человек: трое на острове Хантаак и еще двоих смыло волной в заливе. В Якутате, единственном постоянном населенном пункте вблизи эпицентра, были повреждены объекты инфраструктуры: мосты, доки и нефтепроводы [11].

Под «цу­нами» понимают длиннопериодные морские гравитацион­ные волны, внезапно возникающие в морях и океанах именно в результате землетрясений, очаги которых распо­ложены под дном морей и океанов. Цунами может воз­никать и от взрывов подводных вулканов, подводных и береговых обвалов и оползней, образующихся, в свою очередь, вследствие землетрясений [13].

2. Физика цунами

В рамках поставленной цели исследования целесообразно изучить некоторые физические свойства цунами.

Цунами - морские гравитационные волны очень большой длины, представляют собой поперечные волны, т. е. колебательные движения частиц воды относительно начального уровня происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.

М одель таких волн изображена на рисунке.

Движение частиц воды вдоль направления прохождения волн S похоже на движение веревки при смещении ее конца вверх-вниз. Хотя волна распространяется вдоль длины веревки, отдельные частицы веревки движутся только вверх и вниз перпендикулярно направлению распространения волны.

В классической физике цунами носят название «волны на мелкой воде», потому что, что длина волны много больше глубины водного объекта. Это доказывается тем, что длина волны цунами может достигать от 10-100 км, т.к. происходят сдвиги на участках коры такой протяженностью, а глубина океана достигает 10 км.

Большинство людей имеет хорошее представление о характере и параметрах обычных ветровых волн и весь­ма слабое — о цунами. Для сравнения приведем таблицу некоторых характерных параметров ветровых волн и волн цунами (максимальные значения).

Из таблицы мы видим, в частности, что в открытом море высота волн цунами не превышает 3 м. При очень большой длине волны, они не опасны для любого плавательного средства, которое находится в океане на большом расстоянии от берега [11].

Перечислим основные характеристики любой волны. Прежде всего - это высота волны (расстояние по вертикали между гребнем и подошвой волны), длина волны (расстояние по горизонтали между соседними вершинами или подошвами волн), период (отрезок времени между появлением двух соседних гребней) [9].

При ветровых волнах колеблется верхний слой водоема, а вот при цунами начинается постоянное движение всех слоев водоема по горизонтали вперед и назад до самого дна, поэтому так важен рельеф океана.

Волны при цунами приходят в движение за счет перетекания воды в поле силы тяжести, а значит скорость волны (?) определяется не только глубиной океана (h), но и ускорением свободного падения (g).

?= [2, с.156]

Составим таблицу зависимости скорости цунами от высоты волны:

Из таблицы видно, что скорость распространения цунами возрастает пропорционально высоте волны.

В открытом море цунами не слишком заметны: высота их составляет от нескольких десятков сантиметров или до нескольких метров. Добежав до мелководного шельфа, высота волны увеличивается, она вздымается и превращается в движущую стену. Входя в мелководные заливы или воронкообразные устья рек, волна становится еще выше. При этом она замедляет ход и, подобно гигантскому валу, накатывается на сушу. Скорость цунами тем выше, чем больше глубина океана. 

Во время торможения на мелководье задняя часть цунами наслаивается на переднюю, перегоняет ее, и из-за этого волна резко набирает высоту.

Формула доказывает, что волна цунами движется с различной скоростью, а не по инерции, учитывая зависимость от рельефа, можно сделать вывод, что цунами зависит от границ и формы водоема. Чем шире водоем, тем меньше длина волны, а значит и меньше высота волны, а значит и скорость волны.

Последующая волна обгоняет предыдущую волну, и под действием притяжения и берег обрушивается огромная масса воды [5] (см. Приложение 2).

Т.к волна накладывается сама на себя, а так же отражается от дна, мы можем наблюдать одновременно сильный и слабый всплеск, а значит, можно увидеть интерференцию. Картина интерференции зависит от рельефа дна [1].

Разрушительная сила волн цунами зависит от интен­сивности породивших их землетрясений, расстояний от места возникновения до берега, протяженности очага цу­нами и первоначальной высоты волны, а также от особен­ностей рельефа дна на пути распространения волны и конфигурации береговой линии [12].

Вывод: при угрозе цунами следует избегать устьев рек, проливов и фьордов.

Особую опасность представляют собой узкие, с уменьшающимися глубинами бухты и проливы, в которых высота волны значительно увеличивается, а значит, увеличивается и разруши­тельное действие волн. В этом случае волна захватывает большие участки суши, сме­тая все на своем пути. Крайнюю опасность представляют устья рек, по которым цунами может проникнуть далеко внутрь территории на расстояние до нескольких километров. Уменьшается высота волн только в закрытых расширяю­щихся бухтах с узким входом, рядом с которыми следует держаться, если поблизости нет возвышенности.

2.1. Образование цунами.

Как было сказано нами выше, при землетрясении происходит сдвиг вверх или вниз протяжённых участков дна. Т.к. вода практически не сжимаема, а дно быстро деформируется, то опирающийся на него столб воды также смещается, не успевая растечься, таким образом, на поверхности водоёма образуется возвышение или понижение. Это возмущение переходит в колебательные движения слоев воды - волны цунами. Рассмотрим цунами с точки зрения причин его происхождения:

образованное подводными землетрясениями;

образованное береговыми землетрясениями;

образованное извержениями подводных и островных вулканов;

образованное оползнями на морском дне (Приложение 3).

Землетрясения на дне океана или вблизи побережья, а также подводная или островная вулканическая деятельность запускают механизм образования цунами. Разлом земной коры вызывает движение тектонических плит: нижняя плита стремится к поверхности, а верхняя пытается сохранить устойчивое положение. В результате вытесняется огромная колеблющаяся водяная толща, из которой появляются гигантские волны. Сейсмическая деятельность на дне вызывает разрушительное природное явление только в том случае, если очаг находится от поверхности водоема на глубине не более 20 км.

К зарождению гигантских волн также могут приводить и огромные по размерам оползни, вызывающие сильное возмущение водных масс.

Свой вклад в образование пульсирования толщи воды вносит и человек, проводя глубоководные испытания атомного оружия. И последний фактор, способный спровоцировать огромные волны – это космические явления, такие как попадание в океан метеорита [7].

Вывод:Угроза возникновения цунами возникает после оповещения о землетрясении. После оповещения жителям прибрежных населенных необходимо немедленно покинуть жилые и служебные помещения. Соблюдая порядок, уйти из опасной зоны согласно плану эвакуации.

2.2 Классификация цунами по интенсивности.

Всего выделятся 6 видов интенсивности цунами, а именно:

1 балл - очень слабые; цунами можно зарегистрировать только специальными приборами - мореографами; высота волны 0,5-1 метр,

2 балла - слабые; возможны затопления плоских побережий, заметны лишь специалистам; высота волны около 1 метра,

3 балла - нормальные; затопление плоских побережий, лёгкие суда могут быть выброшены на берег, портовые сооружения подвержены слабым разрушениям; высота волны около 2 метров,

4 балла - сильные; затопление побережий, повреждение прибрежных построек могут иметь слабые и средние разрушения, крупные и средние суда выброшены на берег, брега засорены, возможны человеческие жертвы; высота волны около 3 метров,

5 баллов - очень сильные; затопление приморских территорий, сильные повреждения волноломов и молов, суда, даже крупные, выброшены на берег, нанесён большой ущерб и во внутренних частях побережья, нанесены сильные, средние и слабые разрушения зданиям в зависимости от удалённости от берега, все кругом усеяно обломками, в устьях рек высокие штормовые нагоны, сильный шум волн, имеются человеческие жертвы, разрушения по фронту вдоль побережья до 400 км, высота волны около 8-23 м.

6 баллов - катастрофические; полное опустошение побережья и приморских территорий, затопление суши на значительные расстояния, большие человеческие жертвы, разрушения по фронту вдоль побережья- более 500 км; высота волны более 23 м [6, с.25].

Вывод: В зависимости от интенсивности цунами меры безопасности следует принимать различные. 1-4 балла – взобраться на возвышенность, 5-6 баллов подняться на многоэтажный дом, если же не успел покинуть опасную зону, то постараться освободиться от мокрой обуви и одежды, зацепиться за плывущие предметы.

3. Разрушительная сила цунами.

Первое упоминание о цунами в России было в 1737 году, русский путешественник Степан Крашенинников стал свидетелем этого явления, при этом он отметил, что высота волны была 30 сажен, а это примерно 50 метров. Это была достаточно большая волна, но интереса к цунами это событие не вызвало.

История знает немало примеров цунами, которые тяжелы своими последствиями. Рассмотрим их ниже:

6 октября 1737 г. Землетрясение близ восточных берегов Камчатки. Вы­сота возбужденных волн цунами достигала 25—30 м. Очень большие разрушения почти во всех прибрежных поселках восточной Камчатки. Благодаря слабой засе­ленности в то время жертв среди населения было не­много.

1 ноября 1755 г. Землетрясением и цунами (эпицентр юго-западнее г. Лиссабона, в Атлантическом океане) разрушен и смыт Лиссабон. Уничтожены 15 тыс. из 20 тыс. строений. По­гибли около 50 тыс. человек. Высота волн достигала 25— 30 м.

27 августа 1883 г. Взрыв вулкана Кракатау (Зондский пролив, между островами Ява и Суматра). В результате взрыва возник­ла серия очень больших волн цунами, не только прока­тившихся по берегам Индийского и Тихого океанов, но пришедших в Атлантический, достигнув побережья Франции и Панамы. У берегов Явы и Суматры высота волн достигала 30—40 м. Голландский корабль был вы­брошен волной на сушу и оказался в 4 км от берега на высоте 10 м над уровнем моря. Колоссальные разруше­ния на островах: смыты жилые поселки с берегов западной Явы и южной Суматры, уничтожены прибрежные леса и посевы. Около 36 тыс. человеческих жертв (см. Приложение 4) [13].

15 июня 1896 г. Землетрясение Санрику (общее название для Тихо­океанского побережья префектур Аомори, Ивате, Мияги). Эпицентр в 240 км от берегов Японии. Цунами на берегу в отдельных местах достигало высоты 30 м. Смыты около 11 тыс. жилых помещений и общественных зданий. По­гибли 27 тыс. человек.

3 марта 1933 г. Сильное землетрясение в Японии. На побережье Сан­рику обрушились волны высотой более 30 м. Уничтожен город Камаиси, где были смыты 1200 домов. Было сне­сено большое число деревьев. Погибли около 4000 чело­век. Причинен очень большой материальный ущерб.

1 апреля 1946 г. Эпицентр землетрясения вблизи о-ва Унимак (Алеут­ские острова) в районе Алеутской впадины. Несмотря на большое удаление Гавайских островов от очага цунами (3700 км), даже там зафиксированы волны высотой 11 м (о-в Оаху) и 16 м (о-в Гавайи). Цунами достигло бере­гов Аляски, Северной и Южной Америки. Наибольшая волна наблюдалась на о-ве Унимак: маяк, стоявший на м. Скотч-Кап, в 34 м над уровнем моря, был смыт, и весь его обслуживающий персонал (5 человек) погиб. В общей сложности жертвами этого цунами стали около 200 чело­век. Убытки исчисляются суммой в 25 млн. долларов.

5 ноября 1952 г. Это цунами является сильнейшим для Дальневосточ­ного побережья, особенно по своим последствиям, поэтому ему следует уделить больше внимания, тем бо­лее что жителями Дальнего Востока оно не забыто до на­ших дней. Цунами в Северо-Курильске охватило почти 700-километровую зону Дальневосточного побережья. Самые высокие волны при этом отмечены в бухтах Пираткова (10—15 м) и Ольга (10—13 м) на Камчатке. Город Северо-Курильск был полностью смыт. По разным оценкам, погибло около пяти тысяч человек [13]. На наш взгляд, эта страшная катастрофа явилась катализатором, для создания службы цунами в России.

Вывод: Цунами – физическое явление, которое в различных условиях может привести к катастрофическим последствиям, а значит, следует распространять информацию о физических свойствах цунами и как следствие, действии населения при угрозе цунами в каждом рассмотренном случае.

Заключение.

Проведя изучение, теоретический анализ и обобщение естественно - научной литературы, данных сети интернет и периодических изданий по теме исследования, обработав данные, полученные в ходе исследования, мы сделали вывод: разрушительная сила волн цунами зависит от интен­сивности породивших их землетрясений, расстояний от места возникновения до берега, протяженности очага цу­нами и первоначальной высоты волны, а также от особен­ностей рельефа дна на пути распространения волны и конфигурации береговой линии. Таким образом, наша гипотеза нашла свое подтверждение. Мы изучили образование, виды, характеристики цунами, как физического явления.

Результат исследования. На основе полученных данных выяснили, что действия населения при угрозе цунами должны различаться, в зависимости от характеристик явления. Исходя из вышеизложенного нами были разработаны авторские рекомендации «Действия населения при угрозе цунами» (см. Приложение 4).

Мне кажется, очень важно не только рассматривать виды природных катаклизмов, но и понимать их физическую природу, поэтому я продолжу свои исследования в отношении других видов стихийных бедствий.

Список литературных источников.

Tsunami Scattering and Earthquake Faults in the Deep Pacific Ocean [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.tos.org/oceanography/issues/issue_archive/issue_pdfs/17_1/17_1_Mofjeld_et_al.pdf

Дж. Уизем (Whitham) Линейные и нелинейные волны. – М: Мир, 2017 – 638с.

Изображение сейсмографа Б.Б. Голицына [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://collectedpapers.com.ua/wp-content/uploads/2014/04/0153.jpg

Куликов Е.А. Цунами [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://postnauka.ru/faq/75488

Куликов Е.А. Физика цунами /Е.А. Куликов// - Учебно-методический журнал «Физика», М:«Первое сентября», № 11, 2005 г.

Мазур И.И. Опасные природные процессы/ И.И. Мазур, О.П. Иванов// - Москва: Экономика, 2014. – 215 с.

Модель цунами [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://lh4.googleusercontent.com/ZUrLfS1xJpa9s4yG4yo7FjU68WssmdEK-jF-X5NdmdkEFIydLve31cKUSrG6yvvHiVvXZSjgjuAckTe35_4MlmAeUrM62lbpENpf1wmnb16PcqqIm84lLr6w5br1fQiHkm8iH_ee

МЧС России по Камчатскому краю [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://41.mchs.gov.ru/

Портрет Б.Б.Голицына [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/af/Golitsyn_Boris.jpg

Тарасов Л.В. Физика в природе /Л.В. Тарасов// - М: Вербун, 2015- 332 с.

Цунами и их характеристика [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tepka.ru/OBZh_7/19.html

Цунами. Физика процесса [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=871719

Цунами. Шокирующие разрушения [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://udipedia.net/samoe-bolshoe-tsunami-v-istorii-chelovechestva/

Приложения

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3

Приложение 4.

Землетрясение и цунами в Лиссабоне в 1755г.

Цунами после извержения в Кракатуа, август 1883 г.