Vào ngày 15 tháng 1 năm 2022, núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha’apai ở Tonga phun trào, gây ra một cơn sóng thần xé toạc Thái Bình Dương theo mọi hướng.
Khi tin tức về vụ phun trào lan rộng, các cơ quan chính phủ trên các hòn đảo xung quanh và những nơi xa xôi như New Zealand, Nhật Bản và thậm chí cả bờ biển phía tây của Hoa Kỳ đã ban hành cảnh báo sóng thần. Chỉ khoảng 12 giờ sau vụ phun trào đầu tiên, những đợt sóng thần cao vài feet đã ập vào bờ biển California, cách nơi phun trào hơn 5.000 dặm.
Tôi là một nhà hải dương học vật lý nghiên cứu về sóng và sự pha trộn hỗn loạn trong đại dương. Sóng thần là một trong những chủ đề yêu thích của tôi để dạy học sinh của mình bởi vì vật lý về cách chúng di chuyển qua các đại dương rất đơn giản và tao nhã.
Sóng cao vài feet đánh vào một bãi biển ở California có thể không giống như những con sóng hủy diệt mà thuật ngữ gợi nhớ, cũng như những gì bạn nhìn thấy trong hình ảnh của những cơn sóng thần bi thảm trong quá khứ. Nhưng sóng thần không phải là sóng bình thường, bất kể kích thước. Vậy sóng thần khác với các loại sóng biển khác như thế nào? Điều gì tạo ra chúng? Làm thế nào để họ đi du lịch rất nhanh? Và tại sao chúng lại phá hoại như vậy?
Cơ quan Khí tượng Nhật Bản qua WikimediaCommons, CC BY
cuộn sâu
Hầu hết các sóng được tạo ra bởi gió khi nó thổi qua bề mặt đại dương, truyền năng lượng và thay thế nước. Quá trình này tạo ra những con sóng mà bạn nhìn thấy trên bãi biển hàng ngày.
Sóng thần được tạo ra bởi một cơ chế hoàn toàn khác. Khi một trận động đất dưới nước, núi lửa phun trào hoặc lở đất chiếm chỗ một lượng lớn nước, năng lượng đó phải đi đâu đó, vì vậy nó tạo ra một loạt sóng. Không giống như sóng do gió điều khiển, nơi năng lượng bị giới hạn ở tầng trên của đại dương, năng lượng của một loạt sóng thần lan rộng khắp toàn bộ độ sâu của đại dương. Ngoài ra, nhiều nước bị dịch chuyển hơn so với sóng do gió điều khiển.
Hãy tưởng tượng sự khác biệt giữa những con sóng được tạo ra nếu bạn thổi trên bề mặt của một bể bơi so với những con sóng được tạo ra khi ai đó nhảy vào với một quả đạn đại bác lao xuống. Lặn bằng súng thần công thay thế nhiều nước hơn so với thổi trên bề mặt, vì vậy nó tạo ra một loạt sóng lớn hơn nhiều.
Động đất có thể dễ dàng di chuyển một lượng lớn nước và gây ra sóng thần nguy hiểm. Tương tự với lở đất lớn dưới nước. Trong trường hợp sóng thần Tonga, vụ nổ lớn của núi lửa đã chiếm chỗ của nước. Một số nhà khoa học suy đoán rằng vụ phun trào cũng gây ra lở đất dưới nước góp phần khiến một lượng lớn nước bị dịch chuyển. Nghiên cứu trong tương lai sẽ giúp xác nhận điều này có đúng hay không.
Sóng thần di chuyển nhanh
Bất kể nguyên nhân gây ra sóng thần là gì, sau khi nước bị dịch chuyển, sóng lan truyền theo mọi hướng, tương tự như ném một hòn đá vào một cái ao yên bình.
Do năng lượng của sóng thần chạm tới đáy đại dương nên độ sâu của đáy biển là yếu tố chính quyết định tốc độ di chuyển của chúng. Tính tốc độ của sóng thần khá đơn giản. Đơn giản chỉ cần nhân độ sâu của đại dương, trung bình 13.000 feet (4.000 mét), với lực hấp dẫn và lấy căn bậc hai. Bằng cách này, bạn sẽ đạt được tốc độ trung bình khoảng 440 dặm một giờ (700 km một giờ). Tốc độ này nhanh hơn nhiều so với tốc độ sóng thông thường, có thể dao động từ 10 đến 30 dặm/giờ (15 đến 50 kph).
Phương trình này là phương trình mà các nhà hải dương học sử dụng để ước tính khi nào sóng thần sẽ ập vào các bờ biển xa xôi. Trận sóng thần ngày 15 tháng 1 tấn công Santa Cruz, California, 12 giờ 12 phút sau đợt phun trào ban đầu ở Tonga. Santa Cruz cách Tonga 5.280 dặm (8.528 km), nghĩa là sóng thần di chuyển với vận tốc 433 dặm/giờ (697 km/h), gần giống với tốc độ ước tính được tính toán khi sử dụng độ sâu trung bình của đại dương.
Ảnh của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ / Nhân viên Sgt. Samuel Morse qua WikimediaCommons
hủy diệt trên đất liền
Sóng thần rất hiếm so với các loại sóng phổ biến do gió điều khiển, nhưng chúng thường có sức tàn phá lớn hơn rất nhiều. Trận sóng thần ở Ấn Độ Dương năm 2004 đã giết chết 225.000 người. Hơn 20.000 người thiệt mạng trong trận sóng thần ở Nhật Bản năm 2011.
Điều gì khiến sóng thần có sức tàn phá lớn hơn nhiều so với sóng bình thường?
Régis Lachaume qua Wikimedia Commons, CC BY-SA
Trong đại dương mở, sóng thần có thể nhỏ và thậm chí có thể không thể nhận thấy đối với một con tàu trên bề mặt. Nhưng khi sóng thần tiếp cận đất liền, đại dương trở nên nông hơn và tất cả năng lượng sóng trải dài hàng nghìn mét xuống đáy đại dương sâu thẳm đều bị nén lại. Nước bị dịch chuyển cần phải đi đâu đó. Nơi duy nhất bạn có thể đi là lên, vì vậy những con sóng ngày càng cao hơn khi chúng đến gần bờ hơn.
Khi sóng thần vào bờ, chúng thường không dâng cao và vỡ ra như sóng biển điển hình. Thay vào đó, chúng giống như một bức tường nước lớn có thể làm ngập vùng đất gần bờ biển. Nó giống như thể mực nước biển đột ngột tăng lên vài feet hoặc hơn. Điều này có thể gây ra lũ lụt và dòng chảy rất mạnh có thể dễ dàng cuốn trôi người, xe hơi và các tòa nhà.
[Get fascinating science, health and technology news. Sign up for The Conversation’s weekly science newsletter.]May mắn thay, sóng thần rất hiếm và không gây ngạc nhiên như trước. Hiện có nhiều loại cảm biến áp suất đáy, được gọi là phao DART, có thể phát hiện sóng thần và cho phép các cơ quan chính phủ gửi cảnh báo trước khi sóng thần đến.
Nếu bạn sống gần bờ biển, đặc biệt là ở Thái Bình Dương, nơi xảy ra phần lớn sóng thần, hãy đảm bảo rằng bạn biết lối thoát khỏi sóng thần để đến vùng đất cao hơn và lắng nghe cảnh báo sóng thần nếu bạn nhận được.
Sự phun trào của núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha’apai đã cắt đứt cáp thông tin liên lạc chính kết nối người dân Tonga với phần còn lại của thế giới. Trong khi khoa học về sóng thần có thể hấp dẫn, chúng là những thảm họa tự nhiên nghiêm trọng. Cho đến nay, chỉ có một số trường hợp tử vong được báo cáo ở Tonga, nhưng nhiều người vẫn mất tích và mức độ thiệt hại thực sự do sóng thần gây ra vẫn chưa được biết.
