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LABORATOIRE SCIENTIFIQUE POUR ENFANTS
Tsunami. Laboratoire scientifique pour enfants
Annuaire / Laboratoire scientifique pour enfants "Tsunami" - une grosse vague dans le port. Traduction du japonais. La catastrophe a commencé à trois heures du matin par une forte secousse. Cela n'a duré que quelques secondes... Au bout de 15 minutes, un fort bruit s'est fait entendre en provenance de la mer. Il semblait que la mer se précipitait vers la terre. Du côté de la broche, où se trouvaient les bâtiments de la zone des phoques, il y avait une terrible fissure et un rugissement ... A l'aube, la broche avait l'air complètement propre, seulement à un endroit une sorte de tas informe était visible ... Extrait du journal de P. Novograblenov, le premier observateur soviétique des événements sismiques au Kamtchatka, 1923. Bien avant le départ Loin de la côte Pacifique, à Leningrad, dans le bâtiment de l'Institut hydrologique d'État, les scientifiques ont construit un nouvel Ust-Kamtchatsk. Bien sûr, ce n'était qu'une maquette de la ville, mais à grande échelle. Une partie de la baie du Kamtchatka, l'embouchure de la rivière Kamtchatka, les bâtiments de la ville y sont recréés dans les moindres détails - une zone entière de plus de 4000 km2 est abrité dans un petit laboratoire. La côte, les fonds marins du modèle sont en béton et la terre avec tous les détails du terrain est en pâte à modeler. Les scientifiques ont densément saupoudré toute la côte de sciure de bois. Des fils électriques ont été descendus dans l'eau. Pour couronner le tout, une caméra a sonné quelque part sous le plafond. Qu'est-ce que c'est? N'est-ce pas un jeu ? Alors pourquoi, sous l'action de l'air comprimé, comme le soufflet d'un énorme accordéon, le fond s'enfonce-t-il ou monte-t-il et les vagues montent-elles dans la baie jouet du Kamtchatka ? Les scientifiques ont décidé de répéter la catastrophe qui s'est produite. 1923. Puis un tremblement de terre, qui s'est produit loin dans la mer, a provoqué une haute vague, qui a éclaboussé le rivage et détruit la ville. Kamtchatka, îles Kouriles et japonaises, Sakhaline, Alaska - même à partir d'une simple énumération, on peut voir que les tsunamis apparaissent le plus souvent dans l'océan Pacifique. Dans les eaux du plus grand océan, des dizaines de volcans se réveillent chaque année, de forts tremblements de terre se produisent, et le plus souvent sous le fond de l'océan, où la croûte terrestre est beaucoup plus fine. S'il était possible d'exposer le fond de l'océan Pacifique, alors on pourrait compter neuf vastes zones dans lesquelles des failles ou des gonflements de la croûte terrestre se produisent constamment. Près du Japon, le fond de l'océan est peut-être le plus agité. Il comporte de nombreuses failles longues de plusieurs centaines de kilomètres. Le long de ces "blessures" maintenant en train de guérir, maintenant de se rouvrir, les blocs de la croûte terrestre se déplacent ou s'écartent constamment. La plupart des failles se trouvent le long de la côte. Mais il existe aussi des failles transversales. Et là où les failles longitudinales et transversales de la croûte terrestre se croisent, des secousses particulièrement fortes se produisent. A partir de là, il faut s'attendre aux plus hauts tsunamis. Ici et sur le modèle des centaines de fois les scientifiques ont organisé des raids de tsunami sur les rives de la pâte à modeler. Des capteurs électriques déterminaient les fluctuations du niveau de la "mer". La limite de sciure de bois non lavée du rivage indiquait où la vague pouvait monter, et le tournage enregistrait la vitesse des courants de surface. Tout cela ensemble a contribué à restaurer avec certitude l'image de la catastrophe décrite par Novograblenov. Et pas seulement pour restaurer, mais aussi pour tirer des conclusions importantes : les bâtiments industriels et résidentiels d'une ville en expansion devraient être construits là où la plus haute vague ne peut pas monter. Les recommandations des hydrologues sont maintenant suivies à la lettre. Mais tous les tremblements de terre ne provoquent pas un tsunami. Ce n'est que lorsqu'une section du fond marin - une sorte de piston géant - soulève ou abaisse la colonne d'eau de plusieurs kilomètres au-dessus, que des vagues apparaissent à la surface de l'océan. Ce phénomène peut être comparé à ce qui se passe si un bouchon peut être soulevé ou abaissé brusquement du fond d'une baignoire remplie d'eau. Pendant un moment, la section du bas semble disparaître. La colonne d'eau qui y repose "échoue" et un trou se forme à la surface. Dans l'océan, la hauteur d'un tel trou peut atteindre plusieurs centaines de mètres et la hauteur de la colonne d'eau peut atteindre plusieurs kilomètres. Cette décharge géante d'une colonne de liquide est l'avenir du tsunami. Lors d'un tremblement de terre, un bloc de la croûte terrestre peut également frapper vers le haut. Puis le fond de l'océan gonfle. La colonne d'eau s'élève au-dessus de la surface environnante, ce qui génère également une haute vague. La hauteur de ces vagues directement au-dessus des sources sismiques atteint plusieurs centaines de mètres. Mais déjà à quelques centaines de kilomètres de l'épicentre, sa douce crête dépasse rarement une hauteur de 2 m, c'est pourquoi les navires en haute mer ne sont pas menacés par une rencontre avec une haute vague. C'est une toute autre affaire lorsque le navire entre dans une tempête. Des vagues de vent de dix mètres le jettent comme une puce. Et voici ce qui est remarquable. Fluctuations des vagues de vent dans la couche superficielle de l'océan. Au-delà de 30 m de profondeur, il y a une zone stagnante. Là, selon les mots du célèbre océanologue Zh I. Cousteau, il y a un vrai monde de silence. Mais le tsunami porte bien son nom de haute vague. Une bosse de deux mètres n'est que son sommet, tandis que la base de la vague repose sur le fond de l'océan. Soit dit en passant, notons: le poids d'une telle vague est supérieur à cent millions de tonnes. Et si vous considérez qu'il ne reste pas immobile, mais vole littéralement à travers l'océan à la vitesse d'un avion de ligne, alors son énergie est énorme. Des calculs ont montré que pour obtenir un tsunami artificiel de puissance moyenne, il fallait faire exploser une grosse bombe pesant un milliard de tonnes au fond de l'océan ! Si en pleine mer une grosse vague est absolument inoffensive, alors à mesure qu'elle s'approche du rivage, son tempérament change. En raison du frottement des particules d'eau sur la rugosité du fond, la vitesse de déplacement du fond de la vague est considérablement réduite. Près du rivage, il prend de la hauteur, prend une forme irrégulière et renverse sa crête en forme de croissant très en avant. P. Novograblenov a mesuré la hauteur du tsunami qui a détruit Ust-Kamchatsk. Le mur d'eau s'est alors élevé de la mer plus haut qu'un immeuble de huit étages ! La hauteur d'un tsunami dépend aussi largement de la configuration du rivage. Si nous sommes au bord d'une baie à l'entrée étroite, nous n'avons rien à craindre. La vague dépensera une partie importante de son énergie pour franchir le passage étroit. Une question complètement différente est une baie ouverte en forme de coin. Ici, à mesure que la vague se déplace vers le haut du coin, elle raccourcit en longueur, mais augmente en hauteur. Pour cette raison, les embouchures des rivières, les détroits allongés sont les endroits les plus dangereux. L'humanité ne peut lutter activement contre le redoutable phénomène naturel qu'est la nature. Jusqu'à présent, nous devons penser plus à la défense qu'au combat. Après tout, il est impossible de s'opposer à la force d'un tsunami avec sa propre force ou de compter sur la force des structures de protection côtière. Même le barrage le plus parfait et le plus solide a peu de chances de résister à l'assaut de centaines de millions de mètres cubes d'eau. C'est pourquoi, lorsqu'il s'agit de construire des structures sur le rivage, une copie complète à grande échelle est créée en laboratoire. Avec une telle modélisation, une onde destructrice est facilement imitée et ses atterrissages sont étudiés. Mais les scientifiques ne s'intéressent pas seulement au modèle d'une section séparée, quoique étendue, de la zone côtière. Maintenant, si vous pouviez créer un modèle précis de l'océan Pacifique avec toutes les îles, les côtes d'Asie et d'Amérique ? Et un tel modèle n'est pas un fantasme. Bien sûr, il ne peut pas être fait de béton et de pâte à modeler. Toutes les dimensions géométriques des continents, le front de la vague, sa vitesse et son énergie, les profondeurs de l'océan à différents points, et bien plus encore peuvent être entrées dans la mémoire d'un ordinateur à grande vitesse. Et l'ordinateur décidera où attendre la plus haute vague, à quelle heure. Un tel travail a déjà été fait pour le tsunami qui a couvert le port japonais de Niigata en 964 à l'Institut hydrométéorologique de Leningrad et à l'Université de Stanford (USA). Les résultats des calculs sur les modèles mathématiques ont été comparés lors du récent symposium sur le tsunami à Honolulu. Les modèles mathématiques soviétiques et américains coïncidaient presque. Il ne s'agit là que d'un cas particulier de coopération active entre les deux pays. Depuis plus de vingt ans, un vaste réseau de stations côtières interconnectées opère sur les côtes pacifiques de l'URSS, du Japon et des États-Unis. Les scientifiques échangent constamment des informations, à la recherche de moyens plus efficaces pour détecter une grande vague afin d'informer le plus rapidement possible la population des zones côtières d'un danger imminent. Pour la troisième année consécutive, le navire soviétique "Valeryan Uryvaev" a effectué des voyages à travers les mers d'Extrême-Orient, à partir desquelles de nouveaux instruments scientifiques soviétiques sont installés dans l'océan. L'étude du formidable phénomène naturel qu'est la nature se poursuit, et, comme vous pouvez le constater, dans plusieurs directions. Devant vous se trouve une section de l'océan. Des dispositifs sensibles sont installés sur le rivage, sur les îles, les stations de bouées de surface et sous-marines. Certains effectuent des observations de l'activité sismique de la croûte terrestre, et déterminent l'épicentre d'un séisme par la vitesse de propagation des vibrations élastiques. Des capteurs de fluctuations du niveau de l'océan séparent les vagues de tsunami des ondes de vent et de marée et établissent l'apparition des premières grandes vagues. Les télémètres laser des satellites fixent non seulement l'épicentre, le gonflement ou le pendage du niveau de l'océan au moment du tremblement de terre, mais déterminent également la direction et la vitesse du tsunami. Un tel réseau d'instruments d'enregistrement est censé être installé dans les points les plus sujets aux tsunamis de l'océan Pacifique.
Attention - danger ! L'Institut hydrométéorologique d'Extrême-Orient dispose d'un département tsunami. Sa mission est de créer un nouveau service automatisé d'alerte de la population des zones côtières en cas de danger imminent. Au large des côtes du Kamtchatka, de la crête des Kouriles et de Sakhaline, ainsi que loin dans l'océan, directement dans la zone des tremblements de terre possibles, les scientifiques installent de nombreux instruments et capteurs. Tout d'abord, des instruments sensibles - les sismographes - surveillent l'activité sismique de la Terre. Ils captent les ondes élastiques, qui déterminent les coordonnées de l'épicentre dans l'énergie d'un séisme sous-marin. Si l'énergie est élevée et que l'épicentre est situé dans une zone où les hautes vagues apparaissent le plus souvent, un signal d'avertissement est transmis via des lignes filaires et radio aux stations hydrométéorologiques qui surveillent le niveau de la mer. Après avoir reçu un signal, les observateurs surveillent les lectures des jauges de niveau à enregistrement automatique et tentent d'enregistrer les premières vagues de tsunami, généralement petites. Mais les trouver n'est pas si facile. Les vagues de vent roulent sur le rivage toutes les demi-minutes. Deux fois par jour, le niveau de l'océan monte lors des marées hautes. Mais les vagues du tsunami ont frappé la côte avec un intervalle de 10 à 150 minutes. Comment, alors, distinguer une onde de vent, un raz de marée d'un tsunami ? Un flotteur flotte dans un tuyau installé verticalement qui communique avec la mer. Il monte ou descend et met le stylo en mouvement, enregistrant les fluctuations de niveau sur la bande. Une colonne de liquide à une profondeur de, disons, 10 m crée une pression égale à une atmosphère. Mais la mer est rarement calme. Par conséquent, si un manomètre est installé à une certaine profondeur, on peut juger de la hauteur de la vague par ses lectures. Le vent et les raz de marée, qui se chevauchent, semblent masquer les premières vagues de tsunami encore faibles. Il est très difficile de les distinguer à l'aide de flotteurs et d'instruments hydrostatiques. En plus d'eux, un autre appareil a été installé. Il s'appelait le détecteur d'ondes de tsunami.
Faisons connaissance avec son appareil (voir. Fig.). La coupelle ondulée métallique 1 est comprimée sous l'action de la pression hydrostatique. Deux capillaires de diamètres différents 2 relient la cavité de la coupelle à deux chambres identiques 3, à l'intérieur desquelles sont également installées des coupelles ondulées, mais de taille inférieure. Leurs cavités internes communiquent avec la chambre de mesure 4, divisée par une membrane en deux parties. Les cavités internes des trois coupelles sont remplies d'un fluide incompressible. Le capteur est installé sur la membrane. Comment le détecteur réagit-il aux fluctuations du niveau de la mer ? Les raz-de-marée ne viennent à terre que deux fois par jour. Le niveau de la mer change lentement, par conséquent, la pression hydrostatique augmente progressivement à l'endroit où l'appareil est installé. La coupelle métallique est progressivement comprimée, déplaçant une partie du liquide presque sans résistance à travers les capillaires dans la cavité interne de la chambre de mesure. La pression de part et d'autre de la membrane est la même, l'appareil est silencieux. L'appareil est silencieux même lorsqu'il y a des vagues de vent ordinaires sur la mer. Se heurtant à une résistance importante dans les capillaires, le liquide n'a pas le temps de s'écouler à une vitesse suffisante. Dans ce cas, une pression constante agit sur la membrane. Ce n'est que lorsque les vagues du tsunami approchent que l'effet de la résistance capillaire différente commence à se manifester. Un capillaire de plus grand diamètre crée moins de résistance à l'écoulement du fluide et la pression d'un côté de la membrane devient plus importante que de l'autre. La membrane se plie, le capteur allume automatiquement les alarmes lumineuses et sonores de la station. C'est ainsi que fonctionne le service d'alerte côtière. Cependant, les scientifiques de l'institut s'efforcent d'améliorer l'efficacité du système d'alerte et de gagner du temps grâce au tsunami. Les appareils sensibles sont sortis le plus loin possible de la côte et sont reliés par câble ou radio aux stations côtières. Tout un réseau de stations est déjà équipé sur les îles, sur flotteurs amarrés - bouées. Dans les zones sismiquement actives à une profondeur de 5 à 6 km, des sismographes automatiques et des détecteurs d'ondes de tsunami sensibles avec des transducteurs à cordes sont installés. Les détecteurs agissent comme des diapasons, comme des cordes de piano tendues sur un cadre rigide. Il suffit de tourner la cheville avec la clé dans n'importe quelle direction, car la hauteur de la corde change. Le convertisseur est basé sur le même principe. Entre le centre de la membrane, qui est affectée par la pression hydrostatique mesurée, et le corps de l'appareil, un fin fil d'acier est tendu - une ficelle. Si l'océan est calme, la corde sonne à la même fréquence. Mais dès que les vagues apparaissent, la membrane s'affaisse, la tension de la corde diminue. L'appareil électronique capte le changement de pas et envoie un signal à travers le câble jusqu'à la bouée. Les stations côtières, insulaires et bouées ne sont pas tout ce que le service automatisé aura. Pour détecter les vagues de tsunami, des expériences sont actuellement en cours à l'aide d'un laser. On sait que grâce au laser, il était possible de mesurer la distance de la Terre à la Lune avec une précision de plusieurs dizaines de centimètres. Et pourquoi ne pas installer un télémètre laser sur le satellite pour mesurer les fluctuations du niveau des océans ? Il y aura peut-être bientôt des satellites qui surveilleront les vagues du tsunami. En plus de l'océan lui-même, l'ionosphère peut indiquer l'apparition de hautes vagues. Lorsqu'une section de la croûte terrestre tombe ou monte brusquement sous l'eau, une colonne d'air atmosphérique monte ou descend avec la colonne d'eau. Dans les couches supérieures, des ondes acoustiques apparaissent, qui déforment les ondes radio réfléchies par l'ionosphère. Étant donné que les ondes acoustiques dépassent le tsunami de plusieurs heures, les scientifiques pensent que la méthode ionosphérique sera également utilisée dans le service d'alerte. Les informations de tous les instruments et capteurs installés sur le fond de l'océan, les stations de bouées et le rivage seront envoyées à un seul centre de l'institut et envoyées à un ordinateur. La machine calculera et fera une recommandation : dans quelle zone doit-on s'attendre à la vague la plus élevée et dans quel délai. Une alarme se déclenchera dans cette zone - les gens auront le temps de se déplacer vers un endroit sûr. Savez-vous que ... ... Les tsunamis peuvent être causés non seulement par des déplacements d'énormes blocs de terre du fond de l'océan. Lors de l'éruption du Krakatau à l'été 1883, une explosion d'une force sans précédent secoua la terre. L'île-volcan (ses dimensions étaient d'environ 5 sur 10) a explosé dans les airs et des fragments de roche d'un volume de 20 km3 sont tombés dans les eaux du détroit de Sunda. Ce sont eux qui ont provoqué une vague géante, qui, bien que déjà affaiblie, a été enregistrée sur les côtes de la France et de l'Angleterre, c'est-à-dire qu'elle a traversé l'océan Indien, a encerclé l'Afrique et est entrée dans l'Atlantique. ... L'atmosphère peut aussi générer des tsunamis. Dès que la pression atmosphérique quelque part au-dessus de l'océan baisse de seulement 1 mm, le niveau de l'eau dans cette zone augmentera de 13 mm. Et la pression atmosphérique chute parfois de plusieurs dizaines de millimètres, comme cela se produit lors des typhons. Quelque chose ressemblant à une colline est créé à la surface de l'eau qui, avec un changement brusque du cyclone, se dépose instantanément et génère des vagues. ... En juillet 1958, sur la côte de l'Alaska, une grosse avalanche est descendue des pentes du mont Fairweather, contenant une masse de glace, de neige et de terre. La vague montant après avoir atteint plus de 500 m de hauteur. Il n'est pas surprenant qu'elle ait "avec sa tête" couvert l'île voisine. ...Récemment, des vagues de tsunami ont été détectées... sur la Lune. Selon les astronomes, les nombreuses structures montagneuses en forme d'anneau entourant la plupart des cratères lunaires d'un diamètre de 200 km pourraient être des loups du tsunami préservés. Des météorites tombant sur la surface encore non refroidie de la Lune ont percé sa fine coquille durcie. La roche en fusion est montée des entrailles dans le trou formé. Comme un liquide ordinaire, il a formé des vagues, qui se sont figées à jamais. ... Il y a treize ans, sur l'île d'Urup, qui fait partie de la chaîne des Kouriles, vivait un grand troupeau de loutres de mer. Après deux raids dévastateurs du tsunami, les eaux côtières peu profondes ont été couvertes de pierres. L'équilibre alimentaire des animaux a été perturbé et leur nombre a été fortement réduit. Mais voici un modèle intéressant. Peu de temps après le tsunami, une explosion environnementale a été constatée sur la même île. Le troupeau d'urupsia a non seulement récupéré rapidement, mais a également augmenté. Selon le zoologiste de Sakhaline Viktor Voronov, les tsunamis détruisent et créent à la fois. Une charrue géante soulève une énorme quantité de nutriments des profondeurs. Les vagues labourent et fertilisent le plateau côtier. Dans un tel "bouillon" nutritif, le phyto- et le zooplancton se développent rapidement, des bancs de poissons se développent. Par conséquent, la loutre de mer a choisi l'île comme lieu de résidence, qui est chaque année soumise à des attaques de tsunami. ... Calculés et expérimentaux, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que les vagues de tsunami se désintègrent avec la distance de l'épicentre proportionnellement à la distance, prise approximativement à la puissance 5/6. Les fluctuations de la croûte terrestre sous le plancher océanique peuvent provoquer non pas une mais plusieurs vagues. Lequel d'entre eux est le plus dangereux - le premier, le deuxième, le troisième ? Il s'avère que le tsunami alterne dans sa croissance relative à mesure qu'il s'éloigne de son lieu d'origine. Par exemple, près de l'épicentre, la deuxième vague est plus élevée que la première. Mais plus on s'éloigne de la source, plus le numéro de série est l'onde maximale. ...La caractéristique énergétique d'un tremblement de terre est la magnitude mesurée par un sismographe. L'échelle de magnitude a été proposée par Charles Richter. Le tremblement de terre le plus puissant a une magnitude légèrement inférieure à 9. Les sismologues pensent que si la magnitude sur l'échelle de Richter est de 7 ou plus, la survenue d'un tsunami est presque totalement inévitable. Si elle est inférieure, la probabilité d'un tsunami est proche de zéro. Auteur : V.Rotov
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