книги из ГПНТБ / Святловский, А. Е. Цунами не будет неожиданным

погибло двое детей (в Островной) ...Поселок Колыгирь не был эатонлен валом воды исключительно потому, что берег, с лежавшим на нем снегом, возвышался на 4 са­ жени над уровнем моря... Кошка на протяжении 3-х верст завалена песком, русло реки изменилось». Так писал один из первых советских наблюдателей сейсмиче­ ских событий на Камчатке П. Новограбленов.

Через два с небольшим месяца там же, в Усть-Кам- чатске, несчастье повторилось, и мы снова обязаны его описанием П. Новограбленову: «Катастрофа 14 апреля 1923 г. началась в третьем часу ночи сильным толчком,

...продолжавшимся несколько секунд и произведшим значительные повреждения в жилищах. Спустя 15 минут послышался с моря сильный шум, казалось, что море устремилось на сушу... Со стороны косы, где находились постройки нерпичьего речного участка, послышался ужасный треск и грохот... На рассвете коса оказалась совершенно чистой от построек, которые были, очевидно, смыты и снесены гигантской волной: на том месте, где был Нерпичий завод, виднелась лишь какая-то бесфор­ менная груда... Таким образом, общая сумма убытков Усть-Камчатского района от катастрофы 14 апреля-выра-

наибольшую беду волны несли всему, что было на косе. Этот факт и лег в основу планирования, когда, наконец, ученым удалось привлечь внимание общественности к опасности, нависшей над этим все более и более засе­ лявшимся участком.

К 1964 г. Усть-Камчатск превратился уже в немалый

предприятий, где работал иностранный персонал,

72

консервный завод; население достигло 7000 человек, т. ѳ. в десятки раз превысило то, что было здесь в дни катастрофы 1923 г., уничтожившей японские концессии.

Конечно, с тех пор создана система предупреждения, которая может оповестить жителей о том, что где-то в море произошло землетрясение и возникла опасность, цунами. Но вся беда в том, что, как определили ученые, Усть-Камчатску в основном грозят цунами от «доморо­ щенных» подземных толчков, случающихся вблизи побе­ режья Камчатки, а от бегущих издалека волн его предо­ храняет конфигурация берегов и характер морских глу­ бин.

Ближние же толчки дают не более 10—20 минут «на размышление», посланные ими цунами поспевают рань­ ше, чем «сработает» дажо самое оперативное оповеще­ ние. Более того, единственным средством сообщения мея«- ду косой и материком, разделенными широким заливом, является паром, который, естественно, за такое корот­ кое время перевезти 7000 человек не в состоянии.

Начались длительные исследования. Далеко от тихо­ океанских берегов, в Ленинграде, в здании Государствен­ ного гидрологического института ГУГМС молодая иссле­ довательница М. И. Кривошей под руководством канди­ дата технических наук Н. Е. Кондратьева построила...

новый Усть-Камчатск. Конечно, это была всего лишь модель, но крупномасштабная —1:5000 по горизонтали и 1:350 по вертикали. Она изображала весь Камчатский валив, устье реки Камчатки, подступы к ним с моря — целый район площадью 90X45 км. Часть модели, изобра­ жавшая море до глубины 200 м, была изготовлена пз бетона, а суша со всеми подробностями рельефа мест­ ности, где стоит город, с Дембиевской косой, берегами рек Камчатки и Озерной и их многочисленными прото­ ками—из пластилина и воска.

Сжатым воздухом вытесняли из «морской» аквато­ рии часть воды, и в «игрушечном» Камчатском заливе поднимались длинные волны, которые в пересчете «на

73

натуру» имели период до . 10 минут, а длину — более 17 км, т. е. вполне соответствовали цунами.

У края пластилиновой суши, там, где стоят поселки Варгановка и Крутоберегово, в «микрореке» Озерной, около мысов Толстого и Погодного, разместили электри­ ческие датчики, которые регистрировали все колебания уровня моря.

Дембиевскую косу и коренной берег модели посыпа­ ли опилками: если волна их смоет, значит, соответст­ вующий район доступен естественному цунами. Скорость поверхностного течения фиксировали поплавками и из­ меряли по кадрам кпносъемки, которую производили со скоростью 16 кадров в секунду.

Несколько сотен раз устраивали ученые свои «цуна­ ми» в бетонно пластилиновых берегах. Один раз для са­ моконтроля даже разыграли здесь катастрофу 1923 г., после чего данные о затоплении сопоставили с описа­ ниями П. Новограбленова, отрывки из которых мы при­ водили выше, и с результатами опроса старожилов. Вы­ яснилось, что лпнпя максимального наступления воды

итолщина ее слоя в 1923 г. в основном совпадали с дан­ ными, полученными теперь экспериментально.

Наконец, стало возможным провести границы участ­ ков, которые могут быть затоплены катастрофической волной, назвать скорости течения прп различных высо­ тах гребня, построить графики зависимости подъема воды в реке Озерной и около поселка Крутоберегово от высоты волны в вершине Камчатского залива.

Выводы были очень многозначительными: густонасе­ ленная и застроенная промышленными предприятиями территория на Дембиевской косе подвергается чрезвы­ чайной опасности: при максимальной из вполне возмож­ ных здесь волн (высотой 25 м) коса будет затоплена четырехметровым слоем воды! А вот между Погодным

иТолстым мысами лежит, по существу, незатопляемый участок, где ни при каких реальных условиях слой воды толще каких-нибудь 90 см быть не может,

74

Ясно, что практическое значение такой работы очень высоко; кроме того, она содержала и немаловаж­ ные теоретические выводы о допустимости определенно­ го сознательного искажения масштабов при моделирова­ нии природных явлений, о роли трения воды о дно, о ходе разрушения более длинных и более коротких волн и т. п.

Схема затопления района Усть-Камчатского залива.

1 — границы затопления, 2 — поперхностные течения и скорость (в соотвстствип с масштабом). По М. 11. Криеошей.

Однако природа создала множество вариантов ката­ строфической волны, зачастую превосходящих фантазию моделировщиков, которые нередко пытаются свести все к одной-двум ее разновидностям. Немалую роль играет разнообразие «предыстории» волн (каков источник, сила породившего их толчка и т. п.), то, какова энергия,

75

заключенная в массе взбунтовавшейся воды. По мнению некоторых специалистов, например, такой фактор, как трение о дно, вообще моделированию не поддается. Мож­ но также предполагать, что на правдоподобие выводов влияет то, что масштаб модели по вертикали в пять раз отличался от горизонтального и уклон берегов нарушал­ ся, что «суша» и дно «морского» бассейна были сделаны из разных материалов и т. п.

И все-таки даже скептики вынуждены признать: да, моделирование — серьезнейшее подспорье науки о цу­ нами. Ведь математические расчеты поведения волн, обрушивающихся на берег, серьезно затруднены — слиш­ ком много не поддающихся пока учету факторов здесь замешано. И именно воссоздание в эксперименте обста­ новки, максимально приближенной к природной, позво­ ляет учитывать образование волн с длиной, в тысячу раз превосходящей глубину океана. «Голые» математи­ ческие расчеты, увы, нередко остаются пока не в силах воссоздать картину во всей ее сложности.

Новыми помощниками ученых в борьбе с цунами стали электронные вычислительные машины. В Станфордском университете (штат Калифорния) и в лабора­ ториях фирмы «ИВМ» (США) составлены программы для математического моделирования катастрофических волн. Проверка этих «невещественных», числовых мо­ делей в. бассейне, в условиях, приближающихся к реаль­ ным, была обнадеживающей.

В Объединенном предприятии по исследованию цу­ нами (Гонолулу, штат Гавайи) под руководством про­ фессора Дж. Р. Миллера разработаны программы для моделирования при помощи электронных машин фрон­ тов цунами. Здесь выполнены рефракционные схемы для большинства станций, фиксирующих изменения уровня моря в Тихом океане, составлена программа, с помощью которой вычислительная машина может сама определять по одному внешнему виду сейсмограммы, где находится эпицентр землетрясения.

76

Методы моделирования все время совершенствуют­ ся. В Ленинградском гидрометеорологическом инсти­ туте А. В. Некрасов, В. А. Макаров, Р. В. Пясковский и В. Г. Бухтеев создали математическую и электриче­ скую модели, на которых воспроизводили бедствие, по­ стигшее в 1964 г. японский порт Ниигату. Они исследо­ вали, как влияют различные условия — форма очага цунами, его ориентация — на амплитуду, период волны, продолжительность колебаний, энергию и другие харак­ теристики цунами в разных частях акватории Япон­

того, что случилось в действительности в 1964 г.

. А в Гидрофизической лаборатории Московского уни­ верситета Г. Е. Коионкова и А. Э. Рейхрудель поставили серию экспериментов в специальном двадцатипятимет­ ровом лотке из зеркального стекла. Их интересовали проблемы накатывания волн на берег, важные для опре­ деления границ и уровня затопления. Меняя в экспери­ менте углы наклона своего стеклянного «берега», варьи­ руя глубину воды и высоту волн, гидрофизики показали, что при прочих равных условиях высота возникающего цунами обратно пропорциональна глубине канала, по которому она бежит.

Чем выше волна, тем с большей скоростью она на­ катывается и тем протяженнее береговая линия, на ко­ торую она обрушится. Шероховатое дно уменьшает дли­ ну фронта наката и его скорость, причем особенно рез­ ко воздействуют на волну подвижные, незакрепленные элементы шероховатого дна. Может быть,'здесь кроется один из перспективных методов, который поможет созда­ вать преграду хищным набегам цунами?.. Все эти сведе­ ния, содержащиеся в докладах, которые советские уче­ ные представили на симпозиум по цунами, состоявший­ ся в рамках XV Генеральной ассамблеи Международного геодезического и геофизического союза в Москве

77

(август 1971 г.), само собой, не могли не привлечь интереса коллег, съехавшихся из многих стран мира.

...Город Хило на острове Гавайи мог бы считаться идеальным курортом — субтропическая растительность, вечно теплые воды залива, безоблачное небо... Вот толь­ ко цунами... Хотя вблизи, к счастью, подводных толчков, порождающих волны, как будто и не бывает, но зато остров так расположен, что в каком конце Тихого океа­ на нн случилось бы землетрясение,—приходится ждать непрошенных гостей. Бухта Хило открыта широко, а там, глядишь, и «большая волна» уже в гавани.

Местные власти решили отгородиться от беды и воз­ вести волнолом. За дело взялся Инженерный корпус

19X29 м. Начались эксперименты с «искусственным воспроизведением весьма нежелательных событий».

Тем временем группа ученых из отдела изучения цунами Национального океанического и атмосферного управления США во главе с доктором Харольдом Дж. Лумисом решила проверить данные этих экспериментов, что называется, «малой кровью». Они вооружились мощ­ ной быстродействующей электронной вычислительной машиной, умеющей хранить в своей памяти 2 000000 байтов* информации. Она может рассчитать множество вариантов появления и поведения катастрофической волны, ее скорости, уровня, трения — все за считанные минуты и дешево. Но, конечно, для этого необходимо было провести большую подготовительную работу, со­ ставить программу, определяющую тип волны и указы­ вающую, откуда она идет.

Удалось вычислить и вероятность того, что цунами перехлестнет волнолом определенной высоты и выйдет на берег; выяснили, какого уровня в каком районе оно тогда может достичь.

• Байт — единица информации,

78

Короче говоря, в тот момент, когда руководитель математического эксперимента доктор Лумис делал свой доклад в Москве на симпозиуме по цунами в рамках XV Генеральной ассамблеи Международного геодезиче­ ского и геофизического союза, предстояло еще решить, целесообразно ли вообще начинать дорогостоящее строи­ тельство.

При анализе данных о цунами в городе КресентСити (северная часть штата Калифорния) возникла та­ кая картина. Этот город, находящийся у самого Тихого океана, по-видимому, недаром носит свое имя: «кресент» по-английски означает полумесяц, а залив, на берегу ко­ торого он стоит, имеет как раз форму полумесяца. Мо­ жет быть, это и живописно, но, увы, цунамиопасно. Еще несколько лет назад, анализируя последствия аляскин­ ского землетрясения 1964 г., видные американские спе­ циалисты Бэзил У. Уилсон и А. Тёрум (Центр исследо­ вания строительства в прибрежных районах, Вашинг­ тон) писали: «Мы пришли к заключению, что подвер­ женность Кресент-Сити цунами неизбежно проистекает из серпообразности очертаний побережья, на котором он стоит, а также из чашеобразности рельефа континен­ тального шельфа. В связи с этим и с его протяжен­ ностью, залив вечно будет отзывчиво реагировать на лю­ бые крупные цунами, так как их периоды постоянно будут обладать возможностью возбудить здесь полный или частичный резонанс».

«Неизбежно»... «Вечно»... «Постоянно»... Это звучит довольно-таки мрачным приговором...

Рассмотрением вопроса занялись инженеры О. Т. Магун и Н. Л. Арно. Они собрали и проанализировали всю хранящуюся в архивах историческую информацию о цу­ нами за время существования Кресент-Сити, изучили сейсмические и мареографические записи, сделанные 27—29 марта 1964 г.

Тогда на Аляске, в пункте с координатами 61° с. ш. и 145° з. д., произошло катастрофическое землетрясение.

79

Посланные им волны у Алеутских островов достигали 9-метровой высоты. Выплеснулись они вдоль всего Тихо­ океанского побережья Канады и США, добрались до Га­ вайев и Японских островов. Канадские городки ПортАлберни и Алберни на острове Ванкувер при этом при­ няли на себя удар шестиметровой волны, сорвавшей с места и разбросавшей в разные стороны около полу­ сотни домов.

Данные об этой катастрофе Магун и Арно исследо­ вали‘особенно внимательно: тогда могучее цунами хлы­ нуло и на Кресѳнт-Сити, причинив ему немало бед. Бы­ ла уничтожена электростанция, катастрофа вызвала взрыв пяти нефтехранилищ и большой пожар, тушить который было нечем —подача воды в полузатопленный город (вот парадокс!) тоже прекратилась. (Газеты, меж­ ду прочим, писали, что колебания уровня моря, вызван­ ные этим же землетрясением, в Центральном Арктиче­ ском бассейне, под его ледяным покровом, наблюдались до самого Северного полюса; плавучие льды при этом подверглись разрушению.)

Исследователям пришлось подготовить специальные подробные батиметрическую (т. е. указывающую мор­ ские глубины) и топографическую карты, изучить ха­ рактер рассеяния волн в этом районе, в специальном желобе моделировать все связанные с этим явления, следить, что происходит, когда на цунами накладывает­ ся еще и обычный прилив...

Что ж, «отменить» цунами в городе, стоящем на берегу залива-полумесяца, они тоже, разумеется, были не в силах. Все же в их докладе, сделанном на симпо­ зиуме по цунами, состоявшемся на XV Генеральной ас­ самблее Международного геодезического и геофизиче­ ского союза в Москве, прозвучала определенная нота оптимизма. Основываясь на всех изученных материалах, они смогли предложить защитную стенку и морскую дамбу, которые при определенных условиях смогут предотвратить дальнейшие катастрофы.

80

В 1961 г. в Морском гидрофизическом институте АН УССР под руководством кандидатов физико-матема­ тических наук 3. К. Григораш и А. В. Заклинского «по­ строили» Второй Курильский пролив со всеми характер­ ными чертами образующих его воронку островов Парамушир и Шумшу. Эта бетонная модель размером 8X6,5 м повторяла местность, где расположен город Северо-Ку- рильск, в горизонтальном масштабе 1:5000, а в верти­ кальном —1:200. Искусственно вызываемые волны позво­

в проливе повышается намного сильнее, чем если такая же волна подходит под косым углом. \ Есть на Тихоокеанском побережье Соединенных Штатов, в Калифорнии, город Сан-Диего, оспованный еще испанскими первооткрывателями Америки. Теперь он — один из самых оживленных портов этой части страны. Его пирсы и причалы, склады и подъездные пути раскинулись на целые километры, охватив не толь­ ко многие районы собственно Сан-Диего, лежащие на коренном континентальном берегу, но и близлежащий островок Шелтер, специально соединенный с материком дамбой, и городок Коронадо на острове Норт-Айленд. Впрочем, это тоже уже не остров: впадающая в бухту Сан-Диего река Отей-Ривер за многие века отложила

серебристого песка стала зоной отдыха жителей штата Калифорния, которая так и называется'—Силвер-Стренд- парк.

Но мы уже привыкли, что слово «коса», даже свя­ занное со всякими привлекательными эпитетами, долж­ но пастораживать специалистов. Так и случилось: иссле­ дованием особенностей района Сан-Диего занялись