全球地震海啸发生区基本上与地震活动带一致。根据1700多年的统计资料,全球破坏性较大的地震海啸约发生260次,平均约7年发生一次,其中环太平洋区约占80%,地中海区约占8%,而在日本列岛邻近海域则占太平洋区的60%左右。因此,日本是世界上地震海啸最多,也是受其危害最重的国家。
海底的陷落升降和滑坡等,有时会产生强烈地震。影响范围大的有1000多公里,能释放出巨大的能量。当海水受到地震的作用,便很快以波动形式把所得到的能量传播出去。地震产生的这种海水波动,与平常我们所见到的海浪大不一样。海洋一般只在海面附近起伏,涉及的深度不大,波动的振幅随水深衰减很快;而地震引起的波动,则是从底到海面整个水体的波动,当然力量就大得多了。在海啸震源附近水面,最初的波动只有1~2米高,当它运行在深水大洋时,波高也增大不多,但波长却可达几百公里,传播速度可达每小时1000公里,比大型喷气式客机还快。所以,海啸在深海大洋上不会造成灾害,甚至在海啸发生时,正在航行的船只都难以察觉出来。然而,当海啸波进入大陆架浅海后,因深度急剧变浅,能量突然集中,波高会骤然增大,当海啸波进入狭窄浅水时,从海面到海底的流速几乎一样,整个水体携带大量能量直冲海湾和岸边,这时可能出现10~20米以上的波高,以排山倒海之势冲击过来,特别是在漏斗型湾顶处更为猛烈。据研究,不同类型的海湾,外海传来的巨浪波高的增加幅度是不一样的。最为严重的是V型海湾,湾顶处的波高为湾口处的三四倍;在U型海湾,湾顶的波高约为湾口处的两倍。如海啸波在湾口和湾顶内反复发生反射,还会诱发湾内海水的固有振动,引发起假潮,可使波高增幅更大,造成更大的危害。
钱塘怒潮
钱塘江是浙江省第一大河。它入海的杭州湾,是典型的喇叭形海湾,是生成风暴潮的多发区。每当大潮时,特别是朔望大潮期间,如恰逢台风从东南方向侵入,江水东流与海潮西进相顶托,风起潮涌,常以排山倒海之势向湾顶冲南。据统计,在清代267年期间,钱塘江口发生风暴潮灾共131次,平均两年发生一次灾害。1953年秋季,一次风暴潮曾冲上8米多高的石塘,将盐官镇塘堤旁的一座重1500多公斤的“镇海铁牛”冲出10多米远。当时群众为防御潮灾的侵袭,从2000多年前的秦代开始,在钱塘江两岸修筑了一条长达400多公里的石堤,大大减缓了潮灾的危害。这条石堤被誉为“防潮长城”,长期屹立在钱塘江边。
由于钱塘江口的独特地势,平时形成的潮夕也与众不同,在朔望大潮期间,即使风平浪静的日子里,潮势也以迅猛高大着称,古代文人墨客对此曾大加赞誉。唐宋大诗人刘禹锡、苏东坡等均对钱塘大潮的雄伟壮观描绘地得有声有色:“八月涛声吼地来,头高数丈触山回,须叟却入海门去,卷起沙堆似雪堆。”以及“八月十八潮,壮观天下无”等诗句,完美地描述了钱塘大潮的雄威。
钱塘大潮的雄伟壮观,是由潮水喇叭口状的河口形成的。钱塘江口处于杭州湾顶,湾顶的宽度从湾口的100多公里紧缩至2~3公里,如同一个放倒的大口瓶子。涨潮时,潮水自东向西,河口急剧缩狭,河床迅速抬高,水深变浅,平均水深仅二三米,有利于涌潮的发生。当较大潮波进入河口后,经狭槽一束,溯江而上,水体进入窄道,能量高度集中,再加上河床突然上升,滩高水浅,大量潮水涌进时,前面的潮浪受阻减速,后面的潮浪紧追上来,后浪赶前浪,一层叠一层,潮水进到瓶口处的盐官,竖起一道直立的白色水墙,远远望去犹如一排银链,从浩渺的江口向内翻滚,潮头涌起,浪花飞溅,响声如雷,汹涌澎湃,形成了奇伟无比的钱塘怒潮。
钱塘怒潮的神奇影象,除地理因素外,潮汐本身的变化也助长了涌潮的发展。从天文因素看,每年的春分和秋分,也就是农历的三月和八月,是形成潮汐的引潮力最大的时期,因此,春秋分朔望日前后,容易形成特大潮。但春季钱塘江口西北季风劲吹,正与潮头流向相反,抵消了部分潮势,所以春潮并不特别壮观。在秋分前后,情况就不同了。那时,江水径流增大,东流入海,正与乘东南风而来的潮水相顶托,两者势力均较春潮为大,这两支水流犹如“两军对阵”之势,在狭窄的湾口对峙起来,潮水上涌,江水下泻,汹涌的浪流相交,爆发出震撼山河的轰隆声,响彻钱塘江两岸,形成“天下无”的奇观。
风霸王
1949年夏季的一天,新西兰海岸一带浓云密布,上下翻滚,突然,一阵剧烈的暴风夹着倾贫大雨铺天盖地而来,整个大地好像都在昏暗中摇晃,人们吓得关门闭户,躲在家里。等云散雨停之后,才赶紧出来收拾被摔碎的船只和被刮倒的树木。令人惊异的是,他们意外地发现地上竟有许多鲜鱼,有的已经死了,有的还活蹦乱跳。他们疑惑地议论着,这些鱼是从哪儿来的?难道是从天上掉下来的?
后来,经过人们研究证实,这些鱼就是那阵风雨带来的。那种风就叫龙卷风。龙卷风有巨大的吸力,在陆地的龙卷风,可引起飞沙走石,能把一棵棵大树拔起,将一座座房屋摧毁,能把粮食、蔬菜、羊群旋到半空,运到几几十里地之外,然后像下雨一样从空中落下来,撒得遍地都是。海上的龙卷风又叫“龙吸云”。它是一团急速旋转的空气团,具有强大的吸力,能把大量的海水连同里面的鱼虾旋吸在半空中,带到另一个地方,然后以雨的形式落在地面上,这就是我们前面所说的“鱼雨”的来由。
龙卷风是一种小型旋转风,直径一般不超过1公里,小的龙卷风直径仅25~100米,与直径10公里的台风相比,看来无足轻重,可是它的风力却比台风大得多。台风的最大风速很少超过100米/秒,而龙卷风的最大风速可以达到120~200米/秒。依据龙卷风发生在陆地还是海上,可分为陆龙卷和海龙卷;海龙卷的直径一般比陆龙卷略小,其强度较大,维持时间较长,在海上往往是集群出现。1971后7月底,一张卫星云图上就显示出有7个海龙卷同时出现,真可谓是名副其实的“风霸王”了。
海冰的行踪
海冰是极地和高纬度海域所特有的海洋灾害。在北半球,海冰所在的范围具有显着的季节变化,以3~4月份最大,此后便开始缩小,到8~9月份最小。
北冰洋几乎终年被冰覆盖,冬季(2月)约覆盖洋面的84%。夏季(9月)覆盖率也有54%;一些随水流动的冰群围绕着洋盆的边缘游弋;它们大多为3~4米厚的多年冰,有一些在夏季融化消失。因北冰洋四周被大陆包围着,流冰受到陆地的阻挡,容易叠加拥挤在一起,形成冰丘和冰脊。在北极冰域里,冰丘约占40%。
北太平洋的白令海、鄂霍次克海和日本海,冬季都有海冰生成;大西洋与北冰洋畅通,海冰更盛,在格陵兰南部,以及戴维斯海峡和纽芬兰的东南部都有海冰的踪迹,其中格陵兰和纽芬兰附近是北半球冰山最活跃的海区。不过,这些冰山大都是大陆冰川或陆架冰断裂后滑入海洋的巨大冰块,外形多似多字塔状,冰中带有泥沙等杂质,密度较大,其中露出海面高度在5米以上的才称为冰山。冰山高度一般为几十米,长度从几百米到几十公里都有。
南极洲是世界上最大的天然冰库,全球冰雪总量的90%以上储藏在这里。南大洋上的海冰,不同于格陵兰冰原上的冰,也不同于南极大陆的冰盖,只有环绕南极的边缘海区和威德尔海,才存在着南大洋多年性海冰。在冬半年(4~11月),一二米厚的大块浮冰不规则地向北扩展,把南纬40°以南的南大洋覆盖了1/3,这些冰大多为冬冰,到夏季几乎融化掉80%以上。
南极洲附近的冰山里,是南极大陆周围的冰川断裂入海而成的。出现在南半球水域里的冰山,要比北半球出现的冰山大得多,长宽往往有几百公里,高几百米,犹如一座冰岛。它的外形比较平坦,质地比较纯洁,密度较小。冰山漂离源地以后,遇到较暖的海水,将逐渐消融。南半球冰山的平均冰龄为4年,冰山向北漂流最北可达非洲南部,相距源地约3000公里。
据南极科学研究委员会观测所得数据统计,1973年度南极观测区域里发现的冰山数为18万个。这个观测区域仅占南大洋面积的1/15,据此推算,南大洋冰山总数约有30万个。
恶毒的“圣婴”
位于南半球的秘鲁,是世界上产鱼的大国之一。这个国家的鱼粉产量占世界首位。这是由于秘鲁沿海存在着一支旺盛的上升流,不断地从深层向海面涌升,能把海底丰富的磷酸盐类和其他营养成分带到海洋上层,成为众多鱼类的生活区域,自然也就变成了着名于世的秘鲁渔场。如果这支上升流减弱或是消失,赤道区附近的暖流就会侵入,引起秘鲁沿岸海域水温升高。这种现象,大约每隔几年就会在圣诞节前后发生一次。当地据民把这种暖流的季节性南侵,以及由此引起的异常现象称为“厄尔尼诺”。
厄尔尼诺是西班牙语“圣婴”的读音,每当这种现象发生时,海面上原有的万鸟齐飞争相吸食鱼儿的生动场景顿然消失,海中游动的鱼群也荡然无存。继而笼罩着海面的是成片死亡的海鸟和海鱼,这就是“厄尔尼诺”作祟的结果。
厄尔尼诺现象在一般年份里向南入侵的范围有限,只能到到达南纬几度;待到来年3月,海面水温又恢复正常,对长期生活在这里的鱼类和鸟类没有太大的影响。在特殊年份,暖水入侵的范围大一些,有时可抵达南纬十几度。这时,秘鲁沿岸水温就会迅速增高,适应这里冷水环境的浮游生物和各种鱼类,就会因环境的突变而大量死亡。同时,以鱼为食的各种海鸟,也会因缺少鱼类食物而无法生存。从而使闻名于世的秘鲁渔业产量急速下降。
经多年观测研究,发现厄尔尼诺现象出现时,不仅给秘鲁沿岸带来灾害,也给全球气候造成异常。一些地区暴雨成灾,洪水泛滥;而另一些地区则久旱无雨,农业歉收。海洋学家把这种全球气候异常与厄尔尼诺现象联系起来研究,发现它们之间有着很紧密的关联。全球气候异常的前兆,往往可以从上年发生的厄尔尼诺现象中找到线索。
随着科学研究的深入,对厄尔尼诺现象发生的机制,有了新的认识,它的含义也发生了变化。现在,只有发生在赤道太平洋东部地区的大范围的海水温度升高,并持续一年以上的增温现象,才称得上是厄尔尼诺。
发疯的风暴潮
风暴潮与海啸都是由于海水突然暴涨,致使沿岸被海水淹没引起的灾害。但是,两者发生的原因和为害的情况也不完全一样。
1991年4月29日夜晚,位于印度洋北部的孟加拉湾,出现了风为233公里/小时的特大强台风,它的风力相当于18级,从南向北袭击过来。当时海上巨浪高度已在6米以上,正巧又遇上了天文大潮的高潮时刻,两者相会合,浪推潮涌,潮逐浪高,海水很快吞噬了海岸低洼地区。顷刻间,孟加拉国第二大城市吉大港及周围2000多个村庄变成一片洋,海水几乎摧毁了所有建筑物和码头装卸设施,各种车辆被换掀翻在地,一些中小型船只横躺在岸边,人和牲畜的尸体在水中漂浮,一派惨不忍睹的景象。有120多万居民的吉大港,平日的繁华昌盛,为一片狼藉和混乱所笼罩;在港口仓库中存放的百万吨大米也遭受海水浸泡,有些已卷入大海;河口三角洲原来搭建的众多居宅,也荡然无存;建在沿岸的养虾场已被海浪冲掉。在海上,约有5000名渔民和近500条拖网船失踪。这次劫难受灾总人数约1000万人。这是孟加拉湾近20年来最严重的一次风暴潮灾害。
风暴潮是发生在沿岸的一种严重海洋灾害。这种灾害主要是由大风和高潮水位共同引起的。
发生的原因,首先是沿岸有大风。在海洋上形成的大风,主要有台风和温带气旋。台风发生在热带海洋上,它的破坏性很强,国际上称其为热带气旋,在大西洋和东北太平洋等地区称为飓风。全球平均每年出现台风约80个,其中约有1/3能造成台风风暴潮;温带气旋又称为温带低气压,或叫锋面气旋。这种气旋形成的大风虽不及台风强,但影响的范围却比台风还大,平均约1000公里,大的可达到3000公里以上。因此,由温带气旋引发的风暴潮也是比较常见的。
风暴潮能否成灾,有时还要看当时是否遇上天文大潮的高潮,如果两者潮位叠加在一起,成灾的可能性就很大。这是因为海水受月球和太阳等天体的引力作用,海面每天会出现上涨或下落的现象,这就是通常所说的潮汐。海面每天涨落两次的,称为半日潮,它们每次上海或下落的间隔约为6个多小时;有的地方每天仅涨落一次,称为全日潮,每次涨落间隔为12个多小时。除此之外,在每半个月里,还会出现几天特别大的潮,它们在农历每月初一或十五左右发生,称为朔望大潮,此时海水上涨或下落得最历害。如果风暴引起的增水,正巧遇上朔望大潮高潮涨水时,就会使风暴潮如虎添翼,很容易形成灾害。
骇人听闻的海洋地质灾害
20世纪60年代以来,随着海洋石油、天然气资源的勘探开发和海洋工程建设的迅速发展,由海洋地质因素造成的灾害事故也不断发生。
据美国对海洋钻井设备事故的统计,海洋平台损坏中的40%、海底管道损坏事故的50%是由于海底不稳定造成的;而由于海上风暴引起的损坏数只占28%。在风暴破坏的平台中,究其根源,也大都与海底沉积物的不稳定有关,风暴只不过是外界诱发因素而已。
海底的不稳定,是指存在于海底之下浅层的各种地质地貌因素在某种条件作用下所发生的各种破坏性变化,或可能潜伏的危险,如海底隆起、移位、滑动或塌陷等。它能够导致平台倾覆,海底输油管道和海底通信电缆位移或断裂,码头或其他海底设施倒塌等破坏性事故。1980年,在美国得克萨斯州以南海域作业的一座自升式平台,因海底沉积物不稳定,一条桩腿突然沉陷,平台倾斜51°,另两条桩腿扭弯,造成4800万美元的损失。由此可见,海底的不稳定是海洋工程的大敌。正确认识和评价海底地质地貌环境,是海洋平台的设计和插桩、海底管道的铺设、海底电缆路线的选址以及设置其他海上建筑物需考虑的重大问题。任何对可能造成灾害的海洋地质环境的忽视,都将给海上施工带来严重危害。