Неоспоримым фактом было то, что большинство цунами возникает в результате массивного сдвига морского дна — обычно из-за субдукции или скольжения одной тектонической плиты под другую во время землетрясения. Эксперименты, проведенные в волновых резервуарах в 1970-х годах, показали, что вертикальное поднятие дна резервуара может генерировать волны, подобные цунами. В следующем десятилетии японские ученые смоделировали горизонтальные смещения морского дна в волновом резервуаре и обнаружили, что получаемая энергия была незначительной.
Это привело к нынешнему широко распространенному мнению о том, что вертикальное движение морского дна является основным фактором возникновения цунами.В 2007 году Тони Сонг, океанограф из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, поставил под сомнение эту теорию после анализа мощного землетрясения 2004 года на Суматре в Индийском океане. Данные сейсмографа и GPS показали, что вертикальное поднятие морского дна не произвело достаточно энергии для создания такого мощного цунами. Но формулировки Сонга и его коллег показали, что после учета энергии горизонтального движения морского дна учитывалась вся энергия цунами.
Эти результаты совпадают с данными о цунами, собранными с трех спутников — NASA / Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) Jason, спутника Geosat Follow-on ВМС США и спутника защиты окружающей среды Европейского космического агентства.Дальнейшие исследования Сонг землетрясения 2004 года на Суматре с использованием спутниковых данных миссии НАСА / Германского аэрокосмического центра по восстановлению гравитации и климатическим экспериментам (GRACE) также подтвердили его утверждение о том, что количество энергии, создаваемое одним только вертикальным поднятием морского дна, было недостаточно для цунами такого размера.«У меня были все доказательства, противоречащие общепринятой теории, но мне нужно было больше доказательств», — сказал Сонг.
Его поиски дополнительных доказательств основывались на физике, а именно на том факте, что горизонтальное движение морского дна создает кинетическую энергию, которая пропорциональна глубине океана и скорости движения морского дна. После критической оценки экспериментов с волновыми резервуарами 1980-х годов Сонг обнаружил, что используемые резервуары неточно отражают ни одну из этих двух переменных.
Они были слишком мелкими, чтобы воспроизвести реальное соотношение между глубиной океана и движением морского дна, которое существует при цунами, а стена в резервуаре, имитирующая горизонтальное движение морского дна, двигалась слишком медленно, чтобы воспроизвести реальную скорость, с которой движется тектоническая плита во время землетрясения. .«Я начал считать, что эти два искажения явились причиной давно принятого, но вводящего в заблуждение вывода о том, что горизонтальное движение производит лишь небольшое количество кинетической энергии», — сказал Сонг.Создание лучшего волнового резервуараЧтобы проверить свою теорию, Сонг и исследователи из Университета штата Орегон в Корваллисе смоделировали землетрясения на Суматре в 2004 году и Тохоку в 2011 году в лаборатории волновых исследований университета, используя в качестве эталона как прямые измерения, так и спутниковые наблюдения. Как и в экспериментах 1980-х годов, они имитировали горизонтальное смещение земли в двух разных резервуарах, перемещая вертикальную стенку резервуара против воды, но они использовали генератор волн с поршневым приводом, способный генерировать более высокие скорости.
Они также лучше учитывали отношение глубины воды к величине горизонтального смещения при реальных цунами.Новые эксперименты показали, что горизонтальное смещение морского дна составило более половины энергии, вызванной цунами 2004 и 2011 годов.
«Из этого исследования мы продемонстрировали, что нам нужно смотреть не только на вертикальное, но и на горизонтальное движение морского дна, чтобы получить полную энергию, передаваемую океану, и спрогнозировать цунами», — сказал Соломон Йим, профессор гражданского общества. и инженер-строитель в Университете штата Орегон и соавтор исследования.Это открытие еще раз подтверждает подход, разработанный Сонгом и его коллегами, который использует технологию GPS для определения размера и силы цунами для раннего предупреждения.Глобальная дифференциальная глобальная система позиционирования (GDGPS), управляемая JPL, представляет собой очень точную систему обработки данных GPS в реальном времени, которая может измерять движение морского дна во время землетрясения. При смещении суши смещаются и наземные приемные станции, расположенные ближе к эпицентру.
Станции могут обнаруживать их движение каждую секунду посредством связи в реальном времени с группировкой спутников, чтобы оценить величину и направление горизонтального и вертикального смещения суши в океане. Они разработали компьютерные модели, чтобы объединить эти данные с топографией океанского дна и другой информацией для расчета размера и направления цунами.
«Определив важную роль горизонтального движения морского дна, наш подход GPS напрямую оценивает энергию, передаваемую землетрясением океану», — сказал Сонг. «Наша цель — определить размер цунами еще до того, как оно сформируется, для раннего предупреждения».Исследование опубликовано в Journal of Geophysical Research — Oceans.