地震工程 海嘯的形成機制:恐怖的今生浪

文與圖/陳慧慈 |2015.11.11
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圖一 造成一般浪的墊板位置 圖/陳慧慈
圖二 造成海嘯前世浪的墊板位置 圖/陳慧慈

文與圖/陳慧慈

「海嘯前世浪在廣闊的深海海域中很難察覺,但一般的浪也是很難察覺,為什麼就不會形成海嘯呢?」這個問題也許已經困擾你一個月了,現在就讓我們透過實驗找答案吧!

首先,在塑膠墊板的短邊距離長邊二公分的地方做一個記號,接著到浴室內,將水注入洗臉台至接近出水口。等水面靜止後,於中間處慢慢的放入墊板,至先前標示的位置(圖一),輕輕的左右移動一次後拿起來,這時會看到洗臉台四周的水面有些小晃動。等水面再次靜止後,將墊板的長邊碰觸水底(圖二),輕輕的左右移動一次後拿起來,這時洗臉台四周的水面就會產生了很大的晃動!

答案很清楚了,一般的浪只是在海面附近生成的(第一個實驗),對於比它的波幅更深的海底地形,它的變化是沒有感覺的,而且因為是短周期波,能量很快就會衰減。但是海嘯前世浪是由整個海底地盤的上升或下降所造成的,也就是從海底地盤到海面的海水都受到擾動(第二個實驗),所以在傳播過程中,會受到海底地形變化的影響。

海嘯前世浪的傳播速度,跟地球的重力加速度和斷層錯動水深有關。當海底斷層錯動處的水深是四千公尺時,海嘯前世浪的傳播速度約為一百九十八公尺秒(七百二十公里小時),相當於噴射機的速度耶!一般而言,海嘯前世浪的周期是二十分鐘,根據波速公式:波長 = 波速×周期,海嘯前世浪的波長約為兩百四十公里,而波動學告訴我們,這種長波的能量,在傳播過程中幾乎是不會衰減的。

如果全班同學(想像成海嘯的能量)在只有一個門的教室(想像是海底深度變淺,或港灣的入口處)外面(想像是寬闊海洋),老師要大家在最短的時間內進入教室,你會怎麼做?我想你會建議一位同學坐在另一位同學的肩膀上(海嘯的浪增高了)且以小跑步進入教室(速度增加了)。從這一簡單的比喻可知,海嘯今生浪是海嘯前世浪接近海底深度逐漸變淺的海灣,特別是在V 型(三角型或漏斗型)的灣口時,因深度與斷面急劇變淺,能量集中,引起速度與振幅驟然增大,進而衝向陸地且具有破壞力的水牆(圖三)。沒有了這種環境,只會形成浪高稍大,但不具破壞力的小海嘯。

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