Die Physik der Tsunamis

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2 Die Physik der Tsunamis W. Schoepe Universität Regensburg IFW Dresden 21. April 2005

3 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.

4 Oberflächenwellen Euler-Gleichung: t v + (v )v = 1 ρ (f p) Dispersionsrelation ω(k) für Schwerewellen: rücktreibende Kraft: Schwerkraft, nur g (m/s 2 ) und Wellenvektor k (1/m) gehen ein: ω 2 ( k ) = g k ω = g k ω v phase = = k g / gruppe v phase k 1 v = ω = g / k = k Dispersion!

5 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/νk 2 ν = η/ρ = 10-6 m 2 /s k = 2π/1000 1/m τ s! Dämpfung durch Viskosität vernachlässigbar

6 Endliche Wassertiefe: ω 2 (k) = g k tanh( k h) 1. tiefes Wasser: k h >> 1 tanh 1 λ << 2 2. flaches Wasser: k h << 1, d.h. π h ω 2 = ghk 2 ω ( k ) = g h k v gruppe = v phase = g h "Lange Schwerewellen" haben keine Dispersion! Wellenpakete bleiben stabil! h = 7400 m : h = 100 m h = 10 m v = 270 m/s = 970 km/h v = 32 m/s = 114 km/h v = 10 m/s = 36 km/h

7 ω( λ ) = gh 2 λ π λ ( h) = T g h Die Wellenlänge schrumpft mit abnehmendem h! Bei h = 7,4 km und T = 100 s s ist λ = 27 km 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: τ ~ h νω ~ ~ 10 6 s

8 !"# = + $% &$'"( # = [ β ] β = +

9 1895 Korteweg und devries: u t = 1 6 h 2 c u zzz + 3c 2h u u z mit c = gh 1965 Kruskal und Zabusky: Soliton, stabile Form und Größe bei Streuung, Teilchencharakter.

10 Entstehung: Seebeben Hebung oder Senkung des Seebodens: Energie:Mgh = rvgh J λ km Amplitude 0,5 m v = 800 km/h x 25 km t = x v Minuten Tsunami auf offener Tiefsee kaum wahrnehmbar!

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15 Auflaufen Zunahme der Amplitude!

16 Tsunami Laboratory, Novosibirsk, Russia. Seite 2 von 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

17 tsunami_displacement_lrg.jpg (1454x923x24b jpeg)

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22 Tsunami Laboratory, Novosibirsk, Russia. Seite 1 von Home Online catalogs Regional tsunamis Projects Workshops ITSU ITIC IUGG Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics. Novosibirsk, RUSSIA, pr. Lavrentieva, 6, Tel:(3832) Fax:(3832) [email protected] Fatalities The list of fatalities (including missed people) of the December 26, 2004 North Sumatra tsunami (as for March 1, 2005) Indonesia Sri Lanka India 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

23 Tsunami Laboratory, Novosibirsk, Russia. Seite 2 von 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 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. Back

24 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) Erdbeben auf Aleuten: Tsunami auf Hilo (Hawaii), 160 Tote; am besten dokumentierte Tsunami Erdbeben und Tsunami Messina: Tote, die meisten allerdings durch das Erdbeben 1896 Japan: Tote 1883 Krakatau-Explosion: Tsunamis überall; Java und Sumatra: 40m hoch, Tote 1868 Chile Tote 1782 Taiwan, Tote 1707 Japan, 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.

25 Internetadressen: Buch: E. Bryant Tsunami-The Underrated Hazard Cambridge University Press 2001