海嘯是一種災(zāi)難性的海浪，通常由震源在海底下50千米以內(nèi)、里氏震級(jí)6.5以上的海底地震引起。火山爆發(fā)、隕石墜落、海底滑坡或氣象變化都可能引起海嘯。在一次震動(dòng)之后，震蕩波在海面上以不斷擴(kuò)大的圓圈，傳播到很遠(yuǎn)的距離，正象卵石掉進(jìn)淺池里產(chǎn)生的波一樣。海嘯波長(zhǎng)比海洋的最大深度還要大，軌道運(yùn)動(dòng)在海底附近也沒(méi)受多大阻滯，不管海洋深度如何，波都可以傳播過(guò)去。呼嘯的海浪水墻每隔數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘就重復(fù)一次，摧毀堤岸，淹沒(méi)陸地，奪走生命財(cái)產(chǎn)，破壞力極大。全球的海嘯發(fā)生區(qū)大致與地震帶一致，有記載的破壞性海嘯大約有260次左右，平均六、七年發(fā)生一次。[28]
海嘯是如何形成的呢？一般認(rèn)為，地震發(fā)生時(shí)，海底地層發(fā)生斷裂，部分地層出現(xiàn)猛然上升或者下沉，由此造成從海底到海面的整個(gè)水層發(fā)生劇烈“抖動(dòng)”。這種“抖動(dòng)”與平常所見(jiàn)到的海浪大不一樣，海浪一般只在海面附近起伏，涉及的深度不大，波動(dòng)的振幅隨水深衰減很快。地震引起的海水抖動(dòng)，則是從海底到海面整個(gè)水體的波動(dòng)，其中所含的能量驚人。海嘯時(shí)掀起的狂濤駭浪，高度可達(dá)10多米至幾十米不等，形成“水墻”，水墻可以每小時(shí)800公里的速度席卷沿岸地區(qū)，足以把重達(dá)20噸的石塊卷至離岸180米的陸地上，并在推進(jìn)的過(guò)程中不斷加速，在數(shù)千公里外的地方造成嚴(yán)重破壞。
簡(jiǎn)言之，海嘯是由海底地形變化引起的，當(dāng)海底斷層快速上升或下降時(shí)，造成海水整體“抖動(dòng)”，這部分海水以海浪的形式襲向海岸，這就是海嘯。據(jù)此推斷，海嘯的能量是由勢(shì)能轉(zhuǎn)換而來(lái)的，與海底斷層的垂直落差成正比。落差越大，產(chǎn)生的震蕩幅度就越大；落差越小，產(chǎn)生的震蕩幅度就越小。然而，觀察發(fā)現(xiàn)，實(shí)際情況卻并非如此，地震所形成的斷層垂直落差并不大，一般只在1米左右，且斷層長(zhǎng)度和分布區(qū)域也極其有限；因而，要想在大范圍內(nèi)引起海水整體抖動(dòng)，幾乎是不可能的。
每當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，都能感受到山搖地動(dòng)的震顫，大地劇烈的起伏波動(dòng)；接下來(lái)就會(huì)上演山崩地裂、建筑物坍塌，地面上的人站立不穩(wěn)和周?chē)奈矬w一起搖晃等現(xiàn)象。顯然，大地震動(dòng)遠(yuǎn)比地層斷裂產(chǎn)生的震動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)烈得多，這些現(xiàn)象都是地震波作用的結(jié)果；那么，海嘯能不能是由地震波引起的呢？
在以往的理論研究中，也曾考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題，把海嘯的成因與地震波聯(lián)系起來(lái)；但是，理論分析的結(jié)果，卻得出了否定性結(jié)論。海底發(fā)生地震時(shí)，相對(duì)于海水將發(fā)射出一系列地震波：P波、S波和面波。海水是液態(tài)性物質(zhì)，只能傳播縱波（P波），不能傳播剪切波（S波）。面波只沿著海底巖石層表面?zhèn)鞑?，?duì)海水不發(fā)生作用。因此，只有P波能夠?qū)Ｋa(chǎn)生作用；但是，P波所攜帶的能量很少，只占震動(dòng)總能量的7%；表明即使地震釋放出來(lái)的能量很大，也不足以引起大規(guī)模的海水震蕩或海嘯。
其實(shí)，引發(fā)海嘯的方式有多種，不只局限于海底地震，火山爆發(fā)和隕石墜落都可能引發(fā)海嘯。這兩種方式具有一定的代表性，火山爆發(fā)是自下而上對(duì)海水發(fā)生作用，而隕石墜落則是自上而下對(duì)海水發(fā)生作用，兩種作用方向正好相反，卻產(chǎn)生了相同的作用效應(yīng)。海嘯的形成原因是，在外來(lái)物體的沖擊下，海水產(chǎn)生了波動(dòng)現(xiàn)象。不難發(fā)現(xiàn)，海嘯的形成機(jī)制與地震波的形成機(jī)理具有相同之處，地震波就是舌巖體對(duì)巖石層的沖撞作用，產(chǎn)生的波動(dòng)現(xiàn)象。因此，要想解開(kāi)地震海嘯的形成機(jī)制問(wèn)題，還要從海水的波動(dòng)效應(yīng)說(shuō)起。
向池塘投擲一石塊，平靜的水面就會(huì)泛起層層波紋，試問(wèn)：這個(gè)不斷向外擴(kuò)展的水波都包含哪些波呢？參照地震波的形成機(jī)理，當(dāng)石塊投入水中后，將形成一個(gè)振動(dòng)的波源。舌巖體作用于地殼巖石層形成的地震波，是一個(gè)向四周擴(kuò)展的球面波；受水體界面的限制，石塊投入水中形成的水波，是一個(gè)向下擴(kuò)展的半球面波。按照傳播方向不同，這個(gè)半球面波可分解為三種不同類型的振動(dòng)波，由波源O點(diǎn)發(fā)出，垂直向下傳播的是縱波（P波），沿著水面?zhèn)鞑サ氖菣M波（S波），在水面看到環(huán)形波紋就是S波，向其他方向傳播的是瑞利波（R波）。P波和R波向池塘深處傳播，在水面上看不到這兩種波的傳播軌跡，這就是靜態(tài)水波的波形結(jié)構(gòu)。
假如池塘的一側(cè)堤岸呈慢坡?tīng)?，在水面之上，S波波紋不斷擴(kuò)散向岸邊靠近。而在水面之下，R波就會(huì)直擊堤壩，并在堤壩表面發(fā)生反射；其中，一部分反射波向水面方向傳播，與水面?zhèn)鞑サ腟波相遇，這時(shí)，就會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。觀察可以發(fā)現(xiàn)，池塘中平穩(wěn)擴(kuò)散的水波，抵達(dá)岸邊時(shí)，卻能掀起向上翻卷的浪花，這就是水波自干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的作用效應(yīng)。
水波發(fā)生自干涉現(xiàn)象有一個(gè)前提條件，即在水波的傳播路徑上，要有一個(gè)反射面，這個(gè)反射面可以是池塘的堤壩，也可以是淺海的大陸架。只有借助這個(gè)反射面，在水下傳播的R波才能改變傳播方向，繼而形成一股暗流，與水面?zhèn)鞑サ腟波發(fā)生干涉。水波發(fā)生自干涉現(xiàn)象不只局限于S波與R波之間，也可以發(fā)生在R波與R波之間。
通常情況下，質(zhì)量較小的物體落入水中，并不能激起大的波浪。但是，如果來(lái)自太空的隕石以極快的速度墜落海洋，則會(huì)形成大規(guī)模的海水震蕩。彗星、小行星等各類隕石撞擊地球的可能性很小，估計(jì)5000年才會(huì)發(fā)生一次撞擊事件。隕石降落地球時(shí),有70%的機(jī)會(huì)要落進(jìn)海洋中。根據(jù)計(jì)算,如果隕石直徑1千米，落在水深5千米的大洋中，會(huì)引起波高100余米的海嘯。
一般來(lái)說(shuō)，來(lái)自太空的隕石都是以一定切角墜落海洋的，設(shè)隕石入水處海面為O點(diǎn)，它就是引發(fā)海水震蕩的波源。根據(jù)水波的形成原理，將由波源O點(diǎn)發(fā)射出三種振動(dòng)波：P波、S波和R波。P波的傳播方向與隕石的運(yùn)動(dòng)方向相同，向海洋深處傳播。S波是一種平面波，波面與P波相垂直，向海平面下方傳播，在海面上看不到S波波紋。R波向上抬升，由水下波轉(zhuǎn)為水面波，在隕石入水處O點(diǎn)與海岸之間的海面，能夠觀察到的只有R波，一種向前翻滾的海浪。水下R波向海岸方向傳播，當(dāng)它抵達(dá)淺海時(shí)，就會(huì)在大陸架表面發(fā)生反射；其中，一部分反射波向海面方向傳播，用R'波表示。R'波與水面?zhèn)鞑サ腞波相遇，發(fā)生干涉現(xiàn)象。于是，就會(huì)出現(xiàn)這樣一幅情景，向上傳播的R'波凸出海面，筑起高高的水墻，與水平傳播的R波合在一起，以排山倒海之勢(shì)襲向海岸，這就是我們看到的海嘯。
地質(zhì)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，數(shù)百年前曾有一塊大隕石落入南太平洋。在澳大利亞?wèn)|部沿海的130米海上地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了雜亂的沉積巖，這可能是由海嘯造成的。在新西蘭斯圖加特島的兩個(gè)可能受到那次海嘯影響的地區(qū)，沉積物分別高出海平面150～220米。為探究那次海嘯發(fā)生原因，他們?cè)谛挛魈m西南海面下發(fā)現(xiàn)一個(gè)直徑達(dá)20千米，深150米的一個(gè)與周?chē)h(huán)境不一樣的巖石坑。對(duì)從中取出的巖石坑物質(zhì)樣本進(jìn)行鑒定，顯而易見(jiàn)與周?chē)貐^(qū)不同，它含有一種被稱為玻隕石的物質(zhì)，這是地外星體墜落的物證。
火山爆發(fā)也可以引發(fā)海嘯，這種海嘯的波源位于海洋底部，它是火山噴發(fā)和火山地震雙重作用沖擊海水，產(chǎn)生的波動(dòng)效應(yīng)。
海底火山爆發(fā)時(shí)，以火山的坐落位置為中心，通過(guò)巖漿噴發(fā)和火山地震的作用，形成了一個(gè)向上擴(kuò)展的半球面波。這個(gè)半球面波可分解成三種類型的振動(dòng)波：P波、S波和R波。P波垂直向海面方向傳播，S波平行于海底傳播。向其他方向傳播的為R波，它分為兩部分，一部分浮出海面，在水面上傳播；一部分仍然在海水中傳播。在海水中傳播的R'波進(jìn)入淺海區(qū)后，在慢坡形的大陸架表面發(fā)生反射，轉(zhuǎn)向海面方向傳播，與海面?zhèn)鞑サ腞波發(fā)生干涉，形成波峰襲向海岸，這就是火山爆發(fā)引發(fā)的海嘯。
火山爆發(fā)引發(fā)的海嘯：
公元前16世紀(jì)，克里特島北邊的桑托林島火山發(fā)生了一次極為猛烈的火山噴發(fā)，火山噴發(fā)后只剩下錫拉島和一些小島矗立在愛(ài)琴海中。海嘯專家后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，那次火山噴發(fā)引起的海嘯巨浪高出海平面90多米，并波及到了300千米外的尼羅河河谷。
1883年8月，印尼火山島喀拉喀托的火山爆發(fā)是人類史上最厲害的一次，遠(yuǎn)在澳大利亞都能聽(tīng)見(jiàn)?；鹕奖l(fā)引發(fā)的海嘯巨浪高達(dá)130英尺（合40米）。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）的報(bào)告，僅爪哇和蘇門(mén)答臘島，海浪就沖走165個(gè)村莊。海嘯掀起的海浪直到遠(yuǎn)在4350英里（合7000千米）的阿拉伯半島才停息下來(lái)。
總之，隕石墜落和火山爆發(fā)這兩種方式所引發(fā)的海嘯，都是在海水中傳播的R波，進(jìn)入淺海區(qū)以后，在大陸架表面發(fā)生反射，與海面?zhèn)鞑サ腞波發(fā)生了干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生的一種海水波動(dòng)效應(yīng)。海嘯形成于大陸架上面的淺海區(qū)域，組成海嘯的R波有兩個(gè)傳播方向，一個(gè)是沿著海面?zhèn)鞑?，另一個(gè)垂直于海面?zhèn)鞑ァＳ纱瞬浑y理解，在茫茫的大洋里波高不足一米，但當(dāng)?shù)竭_(dá)海岸淺水地帶時(shí)，波長(zhǎng)減短而波高急劇增高，可達(dá)數(shù)十米，形成了含有巨大能量的“水墻”。海嘯的這些不同尋常特征，是R波自干涉現(xiàn)象的一種直觀反映。
海嘯的形成機(jī)制同樣適用于海底地震，海底發(fā)生地震時(shí)，起伏震動(dòng)的地殼巖石層作用于海洋底部的海水，引發(fā)海水起伏震蕩；震中相當(dāng)于波源，由這個(gè)波源發(fā)射出三種類型的振動(dòng)波：P波、S波和R波。其中，進(jìn)入淺水區(qū)的R波發(fā)生自干涉現(xiàn)象，形成滔天巨浪襲向海岸，這就是地震引發(fā)的海嘯。一般認(rèn)為，只有震級(jí)6.5以上的海底地震才能引發(fā)海嘯。6.5級(jí)地震能釋放出相當(dāng)于約4顆廣島原子彈爆炸的能量，約合8.5萬(wàn)噸TNT爆炸的當(dāng)量。如果低于這個(gè)能量下限，則不能引發(fā)海嘯。
地震海嘯：
1978年7月17日，西太平洋距離巴布亞新幾內(nèi)亞西北海岸12千米的俾斯麥海區(qū)發(fā)生了里氏7.1級(jí)強(qiáng)烈地震。20分鐘后發(fā)生5.3級(jí)余震。之后一切似乎又恢復(fù)了平靜，住在巴布亞新幾內(nèi)亞西北海岸與西薩諾瀉湖之間狹長(zhǎng)地帶的近萬(wàn)村民，渾然不知更大的災(zāi)難即將臨頭。一種異樣的隆隆聲由遠(yuǎn)而近，很多村民都以為那不過(guò)是一架?chē)姎馐斤w機(jī)飛臨，紛紛出來(lái)看熱鬧，轉(zhuǎn)眼間，20千米長(zhǎng)、10米高的巨浪就呼嘯著橫掃而來(lái)，綿延橫亙?cè)谖魉_諾瀉湖與海灘之間的7個(gè)村莊頓時(shí)被淹沒(méi)在海浪之中。僅僅幾分鐘，西太平洋這座風(fēng)光迷人的度假樂(lè)園便變成了人間地獄。1萬(wàn)人中僅2527人生還，7000多人死亡或失蹤。
觀察發(fā)現(xiàn)，地震引發(fā)的海嘯有兩種形式，一是下降型海嘯，二是隆起型海嘯。根據(jù)地震引起的地形變化推演，這兩種海嘯的形成原因，與海底巖石層的傾斜方向有關(guān)。
當(dāng)海底巖石層面對(duì)著海岸方向翹起時(shí)，由震中發(fā)出的振動(dòng)波，其傳播路徑如下：
海水中傳播的R'波在大陸架表面反射，之后抵達(dá)海面，它的傳播路徑是一條折射線；而海面?zhèn)鞑サ腞波的傳播路徑是一條直線，短于R'波的傳播路線。因此，R'波和R波的潮頭是不同步的，R波要先于R'波抵達(dá)海岸，形成上漲的海潮；之后向上傳播的R'波形成的波峰抵達(dá)海岸，這就是我們看到的隆起型海嘯。1983年5月26日，中日本海7.7級(jí)地震引起的海嘯屬于此種類型。
當(dāng)海底巖石層背對(duì)著海岸方向翹起時(shí)，由震中發(fā)出振動(dòng)波，其傳播路徑如下：
由于震中在海面的投影（P波的傳播方向）遠(yuǎn)離海岸，因而，R'波的反射波要早于R波抵達(dá)海岸。向上傳播的R'波在海面凸起形成大潮，將吸引岸邊的海水向海潮方向流動(dòng)，這時(shí)，在海邊就會(huì)出現(xiàn)異常的退潮現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)短暫的退潮以后，聚隆的海潮就會(huì)向四周傾瀉，在海面?zhèn)鞑サ腞波推波助瀾下，筑成高高的水墻襲向海岸，這就是我們看到的下降型海嘯。
因此，如果發(fā)現(xiàn)潮汐突然反常漲落，海平面顯著下降或者有巨浪襲來(lái)，都應(yīng)以最快速度撤離岸邊。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，海嘯前海水異常退去時(shí)，往往會(huì)把魚(yú)蝦等許多海生動(dòng)物留在淺灘，場(chǎng)面蔚為壯觀。此時(shí)千萬(wàn)不要前去撿魚(yú)或看熱鬧，應(yīng)當(dāng)迅速離開(kāi)海岸，向內(nèi)陸高處轉(zhuǎn)移，以最大限度地躲避海嘯的侵襲。
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