哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的高级研究科学家克劳斯·雅各布(Klaus Jacob)解释说。
一些外部物理过程作用于海底下方或从上方冲击水面,从而导致大量海水快速位移,就会产生海啸。然后,重力提供恢复力以平滑海面垂直位移,从而导致波浪从扰动源向外传播。
多种事件都可能导致所需的海水垂直位移,包括某些(但并非全部)海底地震;海底滑坡;大型冰山崩解;海洋中(或海岸附近)的爆炸性火山爆发;陆地滑入海洋;陨石或彗星撞击海洋(或海岸附近的陆地);甚至港口中大型船只的爆炸也可能引发局部海啸。
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那么,为什么有些海底地震会引发海啸,而另一些则不会呢?首先,地震的规模必须足够大。明显的海啸需要震级约为7级或更大的地震,而造成广泛破坏的海啸通常需要震级至少为8级或更大的地震。但是,尽管大震级事件是必要的,但仅凭它们本身并不足以引发海啸。同样重要的是,海底必须发生垂直变形。这种变形可以包括与海底相交的断层,并且具有断层偏移的垂直分量。(断层偏移是指断层一侧的岩石相对于断层另一侧的岩石滑移或偏移的距离。)因此,走滑断层(如加利福尼亚州的圣安地列斯断层,即使其某些部分在近海运行),板块倾向于彼此水平滑移,通常不会产生明显的海啸。因为在这些区域,水几乎不受海底水平剪切运动的影响,所以只有少量水发生位移。当走滑地震随后引发大型海底滑坡时,就会出现例外情况。后一种事件可以垂直移动水,从而产生海啸。
最臭名昭著的海啸型地震发生在俯冲带。在一次大型俯冲地震期间,一个板块(通常是海洋板块)可以在上覆板块(通常是大陆或火山岛链)的前缘下方滑动多达 20 米(60 英尺)。对全球地震图的初步分析表明,在 2004 年 12 月 26 日苏门答腊-安达曼大地震期间,印度板块可能确实在断层的一个区域滑过了缅甸板块多达 20 米,但在其他区域可能略少。这种沿东北方向倾斜约 10 或 15 度的断层上的总倾斜滑动的垂直分量可能约为 2 米。当所有可用的地震、海啸、大地测量、海洋地球物理和地质以及其他数据可以联合分析时,这些非常初步的估计肯定会在未来仔细的研究中得到完善。
深海沟通常标志着两个板块之间的边界,其中一个板块俯冲到另一个板块之下。在海沟附近和海侧的区域,海底在地震期间往往会向下推,而在海沟的陆侧,上覆板块的前缘会抬高几米。上覆板块的边缘通常被亚垂直地切成倾斜的“覆瓦状”断块堆叠,就像倾斜的牌堆中彼此移动的扑克牌一样。海底变形的所有垂直分量都有助于海啸,无论它们代表地震期间海底的上升还是下降。海啸波连续波中第一个是掏空附近的港口或海岸,还是相反,用汹涌的水墙淹没海岸,这在很大程度上取决于海岸最靠近海底的下降部分,还是已经被抬升的部分。
中等地震有时会引发巨大的海啸。一个例子是 1946 年发生在阿拉斯加半岛尖端以西的阿留申群岛东部的乌尼马克岛附近的地震。地震的震级“仅”在 7.3 到 7.8 之间,但由地震引发的大型海底滑坡引发了太平洋范围的海啸。单独作用产生如此规模海浪的俯冲地震需要震级接近 9 级。
1883 年,当印度尼西亚巽他海峡的火山喀拉喀托岛被炸成碎片时,海底形成了一个巨大的火山破火山口,而抛到空中的火山碎屑落在了前岛屿周围的海面上。来自下方和上方的这种双重运动引发了海啸,冲击了整个印度洋的海岸,在许多地方大大超过了 2004 年 12 月 26 日苏门答腊北部近海地震引发的海啸高度。担心夏威夷群岛的部分地区或加那利群岛滑入太平洋或大西洋的火山或地震引发的滑坡,会使这两个海洋盆地中及其附近的绝大多数海岸面临风险。虽然此类事件发生的概率较低,但可能会产生灾难性后果。
人类还没有经历过陨石撞击海洋而引发的全球性大海啸。但是,地球地质历史上最极端的海啸之一可能是由陨石撞击现在被称为墨西哥尤卡坦半岛的奇克苏卢布结构附近造成的。这一事件发生在约 6500 万年前,导致许多物种灭绝,包括恐龙,很可能是由于大气中的火山碎屑和尘埃屏蔽了地球表面免受太阳能量的影响而导致全球气温下降。但是,陨石撞击和相关的弹道碎片坠落也引发了估计高达 1,000 英尺的全球海啸。这种巨大海浪的证据继续在美国面向墨西哥湾的各州等许多大陆的海岸被发现。
1917 年 12 月 12 日,在新斯科舍省哈利法克斯港发生了一次非常局部但仍然致命的海啸。港口内一艘装载第一次世界大战弹药的货轮爆炸引发了局部海啸,导致 60 英尺高的水墙冲入城镇。
当湖泊、水库或峡湾等封闭水体因岩石或滑坡而遭受突然的水体位移时,它们还可能在对面的海岸线上引起致命且通常壮观的向上涌水。历史时期记载的记录保持者是阿拉斯加东南部利图亚湾的岩崩,该岩崩是由 1958 年费尔韦瑟断层走滑地震引发的,震级约为 8 级。当巨大的岩崩下降到狭窄的峡湾式利图亚湾时,获得了高速,这使得被移动的水在峡湾对面的岩壁上冲高到 1,700 英尺(520 米)的高度。汹涌的水流将数百万棵森林树木和所有土壤从整个岩壁上剥落到这个高度。