Die Physik der Tsunamis › forschung › schoepe › paper › Vortra… · Tsunami v. 17.Juli...

Die Physik der Tsunamis

W. Schoepe

Universität Regensburg

IFW Dresden

21. April 2005

Tsunami v. 17.Juli 1998 Nordküste von Papua-Neuguinea Seebeben mit Epizentrum nahe Küste 6 Minuten später: 3 Wellen 7 – 15 m hoch,

50 km breit 2 km landeinwärts

über 2200 Tote. Keine Möglichkeit der Vorwarnung Keine Bedrohung für andere Pazifik-Küsten 1993 Okushiri (Japan), 32m hoch, 239 Tote 1992 Flores (Indonesien), 26m hoch,

schwere Verwüstung, 1713 Tote.

Oberflächenwellen

Euler-Gleichung:

)pf(1

v)v(vt

∇−ρ

=∇⋅+∂∂ rrrrrr

Dispersionsrelation ω(k) für Schwerewellen: rücktreibende Kraft: Schwerkraft, nur g (m/s2) und Wellenvektor k (1/m) gehen ein:

kg)k(2 ⋅=ω

kg ⋅=ω

k/gk

vphase =ω

=

Dispersion!

phasegruppe v2

1k/g

2

1

kv ==ω

∂∂

=

Schiffswellen

sin(α) = 1/3 unabhängig von v und Flüssigkeit α = 19,5° Kegelöffnung ist immer 2α = 39°. Dämpfung der Schwerewellen: Amplitude ∝ exp(-t/τ)

τ ∝ 1/νk2 ν = η/ρ = 10-6 m2/s k = 2π/1000 1/m τ ∝ 1010 s!

⇒ Dämpfung durch Viskosität vernachlässigbar

Endliche Wassertiefe:

)hktanh(kg)k(2 ⋅⋅⋅=ω

1. tiefes Wasser: 1tanh1hk →⇒>>⋅

2. flaches Wasser: 1hk <<⋅ , d.h. πλ

<<2

h

22 ghk=ω

khg)k( ⋅⋅=ω

hgvv phasegruppe ⋅==

"Lange Schwerewellen" haben keine Dispersion! Wellenpakete bleiben stabil! h = 7400 m : v = 270 m/s = 970 km/h h = 100 m v = 32 m/s = 114 km/h h = 10 m v = 10 m/s = 36 km/h

λπ

⋅=λω2

gh)(

hgT)h( ⋅=λ

Die Wellenlänge schrumpft mit abnehmendem h! Bei h = 7,4 km und T = 100 s......2000 s ist λ = 27 km.......539 km.

Bei h = 100 m ist λ = 3 km.....63 km. Bei h = 10 m ist λ = 1 km.......20 km. Die Dämpfung durch Viskosität ist vernachlässigbar:

s10~1010

100~

h~ 6

26 −− ⋅νωτ

������������ ��������������

�� �������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�

����� ����!���"������#�� ������ += �

����$��%�������&�������$'�"�(����#�

�

[ ]������������� −β=�

�

�������� +=β �

�

1895 Korteweg und deVries:

zzzz2

t uuh2

c3uch

6

1u ⋅⋅+⋅=

mit ghc = 1965 Kruskal und Zabusky: Soliton, stabile Form und Größe bei Streuung, Teilchencharakter.

Entstehung: Seebeben

Hebung oder Senkung des Seebodens:

Energie:Mgh = rVgh

∼1012 J

λ ∼ 10.....1000 km

Amplitude ∼ 0,5 m

Minuten260800

25

v

xt ≈⋅≈

∆=∆

Tsunami auf offener Tiefsee kaum wahrnehmbar!

v = 800 km/h

∆ x ∼ 25 km

tsunami.gif (345x526x256 gif)

�� �� � � �� � �

� � � � � �� � � �� � �� � � �� � � � � � � � � � ��� � � �� � �� �� � �� � � �� � � � � � �� �� ��� � � � � �

� � � �

tsuwarn.jpg (654x641x24b jpeg)

Zunahme der Amplitude !

Auflaufen

The location map of the December 26, 2004 earthquake. The large circle shows the positions of the main

shock as determined by NEIS along with the first day aftershocks that roughly outline the earthquake

Seite 2 von 3Tsunami Laboratory, Novosibirsk, Russia.

07.01.2005http://tsun.sscc.ru/tsulab/20041226.htm

tsunami_displacement_lrg.jpg (1454x923x24b jpeg)

� � � � � � � � � � � � �� � ��� � � � � � � � � � � �� � � �

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��� � � � � � ��� � � � � � � � � � � � ��� � � �

Home

Online catalogs

Regional tsunamis

Projects

Workshops

ITSU

ITIC

IUGG

Institute of Computational

Mathematics and Mathematical Geophysics.

Novosibirsk, RUSSIA,

pr. Lavrentieva, 6, Tel:(3832)30-70-70 Fax:(3832)30-87-83 Email:gvk@sscc.ru

Fatalities

The list of fatalities (including missed people) of the December 26, 2004 North Sumatra tsunami (as for March 1, 2005)

Indonesia 228948Sri Lanka 36603

India 16423 Thailand 8346 Germany 574 Sweden 544

South Africa 383 Italy 288

Australia 276 Canada 260 France 196 Finland 176

Great Britain 158 Somalia 150

Switzerland 125 Holland 117

South Korea 110 Austria 103 Japan 93

Belgium 91 Myanmar 90 Norway 84

Maldives 82 Malaysia 74

Hong Kong (China) 66 New Zealand 56

USA 53

Seite 1 von 2Tsunami Laboratory, Novosibirsk, Russia.

11.04.2005http://tsun.sscc.ru/tsulab/20041226fat.htm

Citizens of 55 countries were killed by tsunami resulted from the December 26, 2004 North Sumatra earthquake. The destructive waves affected more than 5 million people, including 1 million homeless.

Denmark 46 Singapore 39

China 18 Ukraine 17 Mexico 16 Czechia 14 Island 11 Israel 11

Poland 11 Hungary 10 Russia 10

Tanzania 10 Greece 9 Ireland 8

Portugal 8 Turkey 7

Argentine 6 Estonia 3

Seychelles 3 Spain 3

Taiwan 3 Bangladesh 2

Brazil 2 Croatia 2

Luxemburg 2 Kenya 1 Malta 1

Yemen 1 Total 294743

Back

Seite 2 von 2Tsunami Laboratory, Novosibirsk, Russia.

11.04.2005http://tsun.sscc.ru/tsulab/20041226fat.htm

Historische Tsunamis

1960 Erdbeben in Chile: Ausbreitung über ganzen Pazifik, nach 14h San Diego, 15h Aleuten, 16h Hawaii, 24h Japan 1952 Erdbeben auf Kamchatka: 6h später Tsunami auf Hawaii (mit Vorwarnung). 1946 Erdbeben auf Aleuten: Tsunami auf Hilo (Hawaii), 160 Tote; am besten dokumentierte Tsunami. 1908 Erdbeben und Tsunami Messina: 60 000 Tote, die meisten allerdings durch das Erdbeben 1896 Japan: 27122 Tote 1883 Krakatau-Explosion: Tsunamis überall; Java und Sumatra: 40m hoch, 36 417 Tote 1868 Chile 25 647 Tote 1782 Taiwan, 50 000 Tote 1707 Japan, 30 000 Tote 1775 Lissabon, sehr schweres Erdbeben, Tsunami bis 30 m hoch, Seiches in Nordeuropa 1737 Kamchatka: 65 m hoch

∼1470 v.Chr. Santorin: Zerstörung der Minoischen Kultur, danach Herrschaft der Mykener.

Internetadressen: http://www.pmel.noaa.gov/tsunami/ http://www.prh.noaa.gov/ptwc/abouttsunamis.htm http://www.pmel.noaa.gov/tsunami/sumatra20041226.html http://www.noaa.gov/tsunamis.html http://www.pmel.noaa.gov/tsunami/Oceans99/network.html http://tsun.sscc.ru/tsulab/20041226.htm

Buch:

E. Bryant “Tsunami-The Underrated Hazard” Cambridge University Press 2001