http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-03-21
日本9级大地震引发的海啸席卷而过时,全世界都为海水惊人的破坏力震惊不已。悲痛之余,我们不妨来了解一下有关水的可怕力学,了解一下渺小人类所面对的强大的自然水世界。
编译、撰文:李文
来源:《纽约时报》
海水的作用力像一把铁锤
当9级大地震引发的海啸席卷日本东北部时,全世界都为水惊人的破坏力震惊不已。海啸过后,日本东北部沿海满目疮痍。原本城镇中密密匝匝的房屋,海水所过之处,皆夷为平地。海啸的威力为何如此之大?
一个标准的浴缸大约能容纳40加仑(约151升)左右的水,重330磅。一立方码,也就是长、宽、高分别为3英尺(约0.9米)的水立方体,看起来让人觉得并不怎么起眼,但是它的重量接近1700磅(约771千克),差不多是一辆小型汽车的重量。如果像这次日本海啸,水以每小时30或40英里的速度运动时,水的重量就变成了致命的。想象一下,一个接一个重达1700磅的水立方以高速撞击在你身上。撞击你的海啸不是一辆失控的汽车,而是成千上万的车队。美国佛罗里达州立大学的海洋学教授菲利普·弗勒利希打比方形容说:“我们谈论海啸中10米高的水墙,可能还没有什么具体的感受。可以这么说,如果这10米高的巨浪绵延两英里,折算到个体身上,差不多相当于上百辆坦克碾过你。海水看起来是流动的液体,它的作用力却像是一把铁锤。”
海水压力变化形成海啸
其实,水的作用力跟高速行驶汽车的撞击方式并不太相同。作为液体,它能够滑过,并环抱物体的表面,将之推倒。海啸巨浪流动时还收集各种残骸碎片——泥浆、汽车、树木。当这些残骸撞向其他物体,更是增加了海啸的惊人破坏力。即使水浪只到你的膝盖,其中的力量也足以将你撞倒在地。
海啸的力量可以从简单的物理学来理解。地震突然间向上或向下推挤海床。这改变了海床上面水的高度。物理学家们所称的势能,迅速被转变为海啸巨浪的动能。美国俄勒冈州立大学的海洋动力学工程师哈瑞·杰粗略估计,日本地震集中推挤了250英里长的海床,力的突然改变造成数十亿立方的水,好几万亿磅的力对沿岸突然袭击。他估计,海啸的能量已经差不多快相当于原子弹爆炸的能量了。
地球上的海洋非常沉重,拥有巨大的压力。当发生地震,海水压力分配突然发生变化,海水会因此发生晃动,从而形成影响滨海国家的海啸。
单单是将水圈在一处,就要花费大量的力气。美国科罗拉多河上的胡佛水坝储水300万立方码,这使得每平方英尺的水压达到了45000磅。不过,在这种情况下,水的巨大能量是被人类加以利用的——用来发电。
我国大陆沿海发生
大海啸可能性不高
中国地震局地球物理研究所研究员张少泉,曾经在多个场合宣讲有关海啸的基本常识。他曾指出,地震海啸灾害的形成必须具备三个不可缺少的条件:第一是深海水深要够,通常要好几百米到几千米;第二是大地震级别要达到7.5级以上;第三是要有有利海啸发生的海岸和海底地形条件。海啸到达海岸线登陆的时候,如果它进入港湾或港口,风险会更高。因为港口水道狭窄,水流容易挤迫形成破坏力极强的水柱。不是所有的海底地震都会引起海啸,有人做过统计,在1.5万次海底地震当中,只有100次引起海啸。6级以下的地震基本上不可能引起海啸。目前的海啸监测设备投入成本都非常大,而准确率都很有限。
张少泉指出,我国大陆沿海地区很少有大断裂和断裂带,沿海会发生大地震的可能性不高。在我国海区内也很少有岛湖和海沟,近代垂直差异运动不明显,因此不具备发生大地震的条件。另外,我国海域深度较浅,有发育良好的宽广的大陆架,海水大部分深度在200米以内,不利于地震海啸的形成和传播。
[广州日报]