Tsunami

Uno tsunami (dal giapponese: 津波, lett.  'onda del porto', pronunciato [tsɯnami] e foneticamente reso come (t)soo-NAH-mee o (t)suu-) è definito come una serie di onde generate all'interno di uno specchio d'acqua, tipicamente un oceano o un grande lago, dallo spostamento di un volume significativo d'acqua. I potenziali fattori scatenanti degli tsunami includono terremoti, eruzioni vulcaniche ed esplosioni sottomarine, che comprendono detonazioni, frane, distacchi di ghiacciai, impatti di meteoriti e altri disturbi che si verificano sopra o sotto la superficie dell'acqua. A differenza delle onde oceaniche convenzionali, che sono generate dal vento, o delle maree, che risultano dall'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole, gli tsunami sono formati esclusivamente dal sostanziale spostamento di acqua a seguito di un grande evento.

Uno tsunami ( (t)soo-NAH-mee, (t)suu-; dal giapponese: 津波, lit. 'onda del porto', pronunciato [tsɯnami]) è una serie di onde in un corpo idrico causata dallo spostamento di un grande volume d'acqua, generalmente in un oceano o un grande lago. Terremoti, eruzioni vulcaniche ed esplosioni sottomarine (comprese detonazioni, frane, distacchi di ghiacciai, impatti di meteoriti e altri disturbi) sopra o sotto l'acqua hanno tutti il ​​potenziale per generare uno tsunami. A differenza delle normali onde oceaniche, generate dal vento o dalle maree, che a loro volta sono generate dall'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole, uno tsunami è generato dallo spostamento dell'acqua a causa di un grande evento.

Le onde dello tsunami mostrano caratteristiche distinte che le differenziano dalle tipiche correnti sottomarine o dalle onde marine convenzionali, principalmente a causa delle loro lunghezze d'onda significativamente più lunghe. Invece di manifestarsi come un’onda che si infrange, uno tsunami può inizialmente presentarsi come una marea in rapida ascesa. Di conseguenza, il termine "onda di marea" viene spesso utilizzato, sebbene questa nomenclatura sia scoraggiata all'interno della comunità scientifica per evitare l'errata implicazione di un nesso causale tra maree e tsunami. Gli tsunami comprendono tipicamente una successione di onde, nota come "treno d'onda", con periodi che vanno da minuti a diverse ore. I grandi eventi sono in grado di generare altezze d’onda che raggiungono le decine di metri. Sebbene l’impatto diretto degli tsunami sia limitato alle regioni costiere, la loro capacità distruttiva è immensa, capace di colpire interi bacini oceanici. Un esempio degno di nota è lo tsunami nell'Oceano Indiano del 2004, che si colloca tra i disastri naturali più letali mai registrati nella storia, provocando almeno 230.000 vittime o scomparse in 14 paesi che si affacciano sull'Oceano Indiano.

Lo storico greco Tucidide, nella sua opera del V secolo a.C. Storia della guerra del Peloponneso, ipotizzò un collegamento tra tsunami e sottomarini terremoti. Tuttavia, la comprensione globale degli tsunami è rimasta limitata fino al XX secolo e persistono significative lacune nella conoscenza. Gli attuali sforzi di ricerca si concentrano principalmente sul chiarire perché alcuni grandi terremoti non riescono a generare tsunami, mentre alcuni eventi sismici più piccoli lo fanno. Questa indagine in corso mira a migliorare la precisione delle previsioni sulla propagazione dello tsunami attraverso gli oceani e a comprendere meglio l'interazione delle onde dello tsunami con le coste.

Terminologia

Tsunami

La parola "tsunami" è adottata direttamente dal termine giapponese tsunami (津波), che si traduce in "onda del porto". In inglese, la forma plurale può essere resa aggiungendo una s, aderendo alle regole grammaticali inglesi standard, o impiegando un plurale invariabile, coerente con l'uso giapponese. Alcuni anglofoni modificano il suono iniziale /ts/ in un /s/ omettendo la "t", poiché la fonologia inglese tipicamente non accetta /ts/ all'inizio delle parole, nonostante la pronuncia giapponese originale sia /ts/. Sebbene il termine sia ormai ampiamente accettato in inglese, il suo significato letterale giapponese non descrive completamente il fenomeno, poiché queste onde non sono limitate esclusivamente ai porti.

Onda di marea

Gli tsunami sono occasionalmente designati come onde di marea. Questo termine un tempo prevalente ha origine dalla tipica manifestazione visiva di uno tsunami, che spesso assomiglia a una marea eccezionalmente alta. Sia gli tsunami che le maree generano onde d'acqua che si muovono verso l'interno; tuttavia, l'inondazione interna causata da uno tsunami può essere notevolmente più estesa, creando l'impressione di una marea straordinariamente alta e potente. Nel discorso contemporaneo, in particolare all'interno della comunità scientifica, il termine "onda di marea" è diventato sfavorito. Ciò è dovuto principalmente al fatto che la genesi degli tsunami non è del tutto correlata a quella delle maree, che sono causate dalle forze gravitazionali della Luna e del Sole, piuttosto che dallo spostamento dell’acqua. Nonostante il termine "marea" comprenda significati come "somigliante" o "avente la forma o il carattere delle" maree, l'uso del termine onda di marea è attivamente scoraggiato da geologi e oceanografi.

Onda marina sismica

Il termine onda marina sismica designa anche questo fenomeno, dovuto alla frequente generazione di queste onde da parte dell'attività sismica, in particolare dei terremoti. Prima dell'adozione diffusa del termine tsunami in inglese, la comunità scientifica in genere sosteneva l'onda marina sismica piuttosto che l'onda di marea. Tuttavia, analogamente all'onda di marea, l'onda sismica del mare manca di una precisione completa, poiché vari meccanismi oltre ai terremoti, come frane sottomarine, eruzioni vulcaniche, esplosioni subacquee, collasso di terra o ghiaccio nell'oceano, impatti di meteoriti e rapide fluttuazioni della pressione atmosferica, sono in grado di generare queste onde attraverso lo spostamento dell'acqua.

Terminologia alternativa

La designazione tsunami ha guadagnato una prevalenza internazionale sia nel discorso accademico che in quello generale per le onde originate da frane che entrano in ambienti acquatici, nonostante la loro genesi distinta rispetto alle onde significative prodotte dall'attività sismica. Di conseguenza, questa differenza etimologica richiede occasionalmente l'applicazione di una nomenclatura alternativa per le onde indotte da frana, come tsunami innescato da frana, onda di spostamento, onda non sismica, onda da impatto e, semplicemente, onda gigante. onda.

Uno tsunami la cui origine non può essere attribuita in modo definitivo all'attività sismica viene talvolta definito "tsunami orfano". Tali eventi sono particolarmente noti per gli tsunami storici, antecedenti alle reti di comunicazione globale, generati da terremoti distanti, ad esempio uno tsunami che ha colpito il Giappone originato da un terremoto nelle Americhe.

Contesto storico

Il Giappone possiede la più estesa storia documentata di tsunami.

Nel 426 a.C., lo storico greco Tucidide investigò sulle origini degli tsunami nella sua opera Storia della guerra del Peloponneso, diventando il primo a proporre che i terremoti sottomarini fossero il fattore causale. Il primo resoconto umano di uno tsunami risale al 479 a.C., avvenuto nella colonia greca di Potidaea, e si ritiene che sia stato indotto sismicamente. Questo evento potenzialmente evitò un'invasione della colonia da parte dell'Impero achemenide.

La causa, secondo me, di questo fenomeno va ricercata nel terremoto. Nel punto in cui la sua scossa è stata più violenta, il mare viene respinto e, indietreggiando improvvisamente con forza raddoppiata, provoca l'inondazione. Senza un terremoto non vedo come potrebbe accadere un incidente del genere.

Lo storico romano Ammiano Marcellino, in Res Gestae (26.10.15–19), documentò la caratteristica progressione di uno tsunami, comprendendo un terremoto iniziale, la brusca recessione del mare e la successiva onda colossale, in seguito al devastante tsunami del 365 d.C. che colpì Alessandria.

Gli tsunami rappresentano un pericolo spesso sottovalutato nel Mar Mediterraneo e in vari paesi europei. regioni. Storicamente e nelle valutazioni del rischio contemporanee, eventi significativi includono il terremoto e lo tsunami di Lisbona del 1755, i terremoti della Calabria del 1783 – ciascuno responsabile di decine di migliaia di vittime – e il terremoto e lo tsunami di Messina del 1908. Il solo tsunami di Messina provocò oltre 123.000 morti in tutta la Sicilia e la Calabria, classificandolo tra le catastrofi naturali più letali dell'Europa moderna. Casi come la frana di Storegga nel Mare di Norvegia e alcuni tsunami che hanno colpito le isole britanniche sono principalmente attribuiti a frane e meteotsunami, piuttosto che a onde indotte sismicamente.

L'impatto catastrofico del terremoto e dello tsunami nell'Oceano Indiano del 2004 lo designa come il più distruttivo del suo genere nella storia contemporanea, provocando circa 230.000 vittime. La regione di Sumatra è inoltre soggetta a tsunami, una conseguenza del regolare verificarsi di terremoti di diversa entità al largo delle sue coste.

Eziologia

Il meccanismo principale per la generazione dello tsunami prevede lo spostamento di un volume d'acqua significativo o una perturbazione sostanziale della superficie del mare. Sebbene sia tipicamente indotto dai terremoti, questo spostamento dell’acqua può anche derivare da frane, eruzioni vulcaniche, distacco di ghiacciai o, meno frequentemente, da impatti di meteoriti e test nucleari. Tuttavia, la possibilità che un meteorite scateni uno tsunami rimane oggetto di discussione scientifica.

Origini sismiche

Gli tsunami hanno origine dalla brusca deformazione e dallo spostamento verticale del fondale marino, che successivamente sposta la colonna d'acqua sovrastante. I terremoti tettonici, caratterizzati dalla deformazione della crosta terrestre, possono generare tsunami quando si verificano sotto l'oceano, facendo deviare l'acqua sopra l'area interessata dal suo stato di equilibrio. Nello specifico, il movimento improvviso delle faglie di spinta ai confini delle placche convergenti o distruttive può indurre lo spostamento dell’acqua a causa del loro movimento verticale intrinseco, generando così uno tsunami. Sebbene i normali movimenti di faglia (estensionali) possano anche spostare il fondale marino, solo gli eventi più sostanziali, tipicamente legati alla flessione all'interno della fossa esterna, producono uno spostamento sufficiente a innescare tsunami significativi, come esemplificato dagli eventi di Sumba del 1977 e di Sanriku del 1933.

Al largo, gli tsunami sono caratterizzati da un'altezza d'onda minima ma da una lunghezza d'onda eccezionalmente lunga, che spesso si estende per centinaia di chilometri, in netto contrasto con le tipiche onde oceaniche con lunghezze d'onda di soli 30-40 metri. Questa caratteristica spiega perché spesso rimangono inosservati in mare, manifestandosi come un leggero moto ondoso, tipicamente a circa 300 millimetri (12 pollici) sopra la superficie media del mare. Entrando in acque meno profonde, gli tsunami subiscono un processo noto come wave shoaling, che provoca un aumento significativo della loro altezza. In particolare, il potenziale distruttivo di uno tsunami è indipendente dallo stato delle maree, poiché è in grado di inondare le regioni costiere anche durante la bassa marea.

Il 1 aprile 1946, un terremoto di 8,6 M_w nelle Isole Aleutine, registrando un'intensità Mercalli massima di VI (Forte), generò uno tsunami devastante. Questo evento causò un'ondata alta 14 metri (46 piedi) che inondò Hilo sull'isola delle Hawaii, provocando da 165 a 173 vittime. Lo tsunami ha anche distrutto un villaggio nella valle Halawa di Molokai; tuttavia, i suoi residenti sono riusciti a evacuare con successo su un terreno più elevato dopo aver osservato l'oceano che si ritirava e aver suonato il campanello d'allarme, prevenendo così qualsiasi perdita di vite umane nonostante la completa distruzione dell'insediamento. Il terremoto ha avuto origine in una regione in cui il fondale dell'Oceano Pacifico subisce subduzione sotto l'Alaska.

Gli tsunami possono anche avere origine da luoghi distinti dai confini delle placche convergenti, come esemplificato dall'evento Storegga circa 8.000 anni fa, dallo tsunami di Grand Banks nel 1929 e dallo tsunami di Papua Nuova Guinea nel 1998 (Tappin, 2001). Gli tsunami associati a Grand Banks e Papua Nuova Guinea sono stati innescati da terremoti che hanno destabilizzato i sedimenti marini, portandoli al loro flusso nell'oceano e alla successiva generazione di tsunami. Questi particolari tsunami si sono dissipati prima di attraversare distanze transoceaniche.

La causa precisa del cedimento dei sedimenti di Storegga rimane indeterminata. I potenziali fattori che contribuiscono includono il sovraccarico di sedimenti, l'attività sismica o il rilascio di gas idrati, come il metano.

Casi recenti di potenti terremoti megathrust che hanno generato tsunami che attraversano l'oceano, noti come teletsunami, includono il terremoto di Valdivia del 1960 (M_w 9.5), il terremoto dell'Alaska del 1964 (M_w 9.2), il terremoto dell'Oceano Indiano del 2004 (M_w 9.2) e il terremoto di Tōhoku del 2011 (M_w9.0). Al contrario, anche i terremoti più piccoli, come quelli di magnitudo M_w 4.2 in Giappone, possono innescare tsunami locali e regionali in grado di devastare le aree costiere in pochi minuti.

Frane

L'evento Tauredunum, un significativo tsunami sul Lago di Ginevra nel 563 d.C., fu il risultato di una frana che destabilizzò i depositi sedimentari.

Nel corso degli anni ’50, la ricerca rivelò che maremoti eccezionalmente grandi, superiori a magnitudo precedentemente concepite, potevano essere generati da colossali frane sottomarine. Questi eventi comportano il rapido spostamento di vasti volumi d'acqua, trasferendo energia a una velocità che supera la capacità di assorbimento dell'acqua. L'esistenza di tali fenomeni fu confermata empiricamente nel 1958, quando una massiccia frana nella baia di Lituya, in Alaska, produsse l'onda più alta mai documentata, raggiungendo la sorprendente altezza di 524 metri (1.719 piedi). Quest’onda, tuttavia, aveva una distanza di propagazione limitata, colpendo la terra quasi istantaneamente. Ha colpito tre barche, ciascuna con a bordo due persone, ancorate nella baia. Mentre una nave riuscì a navigare con successo nell'onda, le altre due furono sommerse, provocando due vittime a bordo di una di esse.

Un successivo evento di tsunami indotto da una frana si verificò nel 1963, quando una colossale frana dal Monte Toc precipitò nel bacino idrico sequestrato dalla diga del Vajont in Italia. L'onda risultante superò la diga alta 262 metri (860 piedi) di altri 250 metri (820 piedi), portando alla distruzione di più città e a circa 2.000 vittime. Successivamente gli scienziati designarono queste onde eccezionalmente grandi come megatsunami.

Alcuni ricercatori geologici propongono che importanti frane originate da isole vulcaniche, come Cumbre Vieja a La Palma nelle Isole Canarie, possiedano la capacità di generare megatsunami in grado di attraversare gli oceani; tuttavia, questa ipotesi rimane oggetto di un notevole dibattito nella comunità scientifica.

Le frane tipicamente inducono lo spostamento dell'acqua prevalentemente nelle zone costiere meno profonde e le caratteristiche delle estese frane subacquee rimangono oggetto di speculazione. Sebbene sia stato osservato che tali eventi hanno avuto un impatto sui livelli dell'acqua in baie e laghi confinati, nei documenti storici non è stata documentata alcuna frana di entità sufficiente a innescare uno tsunami transoceanico. Le regioni considerate vulnerabili includono la Grande Isola delle Hawaii, Fogo nelle Isole di Capo Verde, La Reunion nell’Oceano Indiano e Cumbre Vieja a La Palma nelle Isole Canarie, insieme ad altre isole vulcaniche oceaniche. Questa vulnerabilità deriva dalla presenza di notevoli quantità di materiale vulcanico relativamente non consolidato sui loro fianchi, dove si pensa si stiano formando piani di distacco incipienti. Tuttavia, il pericolo reale rappresentato da questi pendii è sempre più controverso.

Eruzioni vulcaniche

Oltre alle frane o al collasso del settore, i vulcani possono generare tsunami attraverso meccanismi come la sommersione del flusso piroclastico, il collasso della caldera o le esplosioni subacquee. Numerose eruzioni vulcaniche hanno storicamente dato origine agli tsunami. Forse l'esempio più famoso è il colossale tsunami derivante dall'eruzione del vulcano di Santorini intorno al 1600 a.C., spesso citato come catalizzatore della diffusa distruzione dei porti nella regione e, in definitiva, del declino della civiltà minoica, un'ipotesi che rimane oggetto di dibattito accademico in corso. Altri esempi degni di nota includono l'eruzione del Krakatoa del 1883 e l'eruzione dell'Hunga Tonga-Hunga Ha'apai del 2022. Le stime suggeriscono che gli tsunami vulcanogenici sono stati responsabili di oltre il 20% di tutti i decessi attribuiti al vulcanismo negli ultimi 250 anni.

Il dibattito persistente circonda le origini e i meccanismi di origine degli tsunami generati da eventi come l'eruzione del Krakatoa del 1883, rendendoli meno comprensibili rispetto agli tsunami indotti dal sisma. Questo divario di conoscenze aggrava le sfide in termini di consapevolezza e preparazione del pubblico, come tragicamente dimostrato dall’eruzione e dal crollo dell’Anak Krakatoa del 2018, che ha provocato 426 vittime e migliaia di feriti a causa dell’assenza di avvertimenti tempestivi. Di conseguenza, lo sviluppo di modelli avanzati di previsione degli tsunami e valutazioni approfondite del rischio per le regioni costiere densamente popolate vulnerabili a gravi tsunami costituisce un imperativo globale.

Le conoscenze attuali presuppongono che le frane laterali e le correnti piroclastiche che entrano nell'oceano siano i generatori più probabili degli tsunami vulcanogeni più grandi e pericolosi. Tuttavia, le indagini sul campo in corso sull'evento tongano, insieme ai progressi nelle tecniche di modellazione numerica, sono attualmente focalizzate sull'ampliamento della comprensione dei meccanismi di origine alternativi.

Fenomeni meteorologici

Alcune condizioni meteorologiche, in particolare gli spostamenti bruschi della pressione barometrica associati ai passaggi frontali, possono indurre uno spostamento dell'acqua sufficiente a generare treni d'onda con lunghezze d'onda paragonabili a quelle degli tsunami sismici, sebbene in genere possiedano energie inferiori. Fondamentalmente, questi fenomeni sono dinamicamente analoghi agli tsunami sismici, differendo principalmente in due aspetti: 1) i meteotsunami generalmente non hanno la capacità di propagazione transoceanica degli tsunami sismici significativi, e 2) la forza di spostamento dell'acqua è sostenuta per un periodo, precludendo la loro modellazione come eventi istantanei. Nonostante i loro ridotti livelli di energia, i meteotsunami possono, se amplificati dalla risonanza lungo le coste, diventare sufficientemente potenti da infliggere danni localizzati e rappresentare un rischio per la vita umana. La loro presenza è stata documentata in numerose località, tra cui i Grandi Laghi, il Mar Egeo, il Canale della Manica e le Isole Baleari, dove la loro frequenza ha portato alla nomenclatura locale, come rissaga. In Sicilia vengono chiamati marubbio, mentre nella baia di Nagasaki sono conosciuti come abiki. Esempi degni di nota di meteotsunami distruttivi includono l'evento del 31 marzo 1979 a Nagasaki e l'evento del 15 giugno 2006 a Minorca, quest'ultimo che ha causato danni stimati in decine di milioni di euro.

Il meteosunami non deve essere confuso con le mareggiate, che rappresentano innalzamenti localizzati del livello del mare legati alla bassa pressione barometrica dei cicloni tropicali transitori, né con l'installazione, il temporaneo aumento locale del livello del mare indotto da forti venti terrestri. Anche se le mareggiate e i loro sviluppi costituiscono anche cause pericolose di inondazioni costiere durante condizioni meteorologiche avverse, le loro dinamiche sono fondamentalmente distinte da quelle delle onde di tsunami. A differenza degli tsunami, questi fenomeni non hanno la capacità di propagarsi in campi lontani oltre le zone di generazione immediata.

Tsunami antropogenici o indotti

L'esplosione involontaria di Halifax nel 1917 generò uno tsunami alto 18 metri (59 piedi) nel porto di Halifax, Nuova Scozia, Canada.

La ricerca ha studiato la fattibilità dell'impiego di esplosivi per generare tsunami, concettualizzandoli come un'arma tettonica. Durante la seconda guerra mondiale (1939-1945), fu esaminata la potenziale applicazione degli esplosivi convenzionali, portando le forze militari neozelandesi a lanciare il Progetto Seal. Questa iniziativa mirava a provocare piccoli tsunami utilizzando esplosivi vicino all'attuale Parco Regionale Shakespear, situato all'estremità della penisola di Whangaparāoa nella regione di Auckland in Nuova Zelanda; tuttavia, questo tentativo si è rivelato infruttuoso.

Congetture significative hanno circondato il potenziale dispiegamento di armi nucleari per provocare tsunami in prossimità delle coste avversarie. Tuttavia, i test nucleari condotti dagli Stati Uniti nel Pacific Proving Ground hanno prodotto risultati non ottimali. Ad esempio, durante l'operazione Crossroads nel luglio 1946, furono fatte esplodere due bombe da 20 kilotonnellate di TNT (84 TJ): una aerea e una immersa nelle acque poco profonde della laguna dell'atollo di Bikini, profonde 50 metri (164 piedi). Queste detonazioni si sono verificate a circa 6 km (3,7 mi; 3,2 nmi) dall'isola più vicina, dove le onde risultanti hanno raggiunto un'altezza massima di soli 3-4 m (da 9,8 a 13,1 piedi) dopo aver colpito la costa. I successivi test subacquei, in particolare l'operazione Hardtack I/Wahoo in acque profonde e l'operazione Hardtack I/Umbrella in acque poco profonde, hanno confermato questi risultati. L’analisi delle esplosioni sottomarine sia superficiali che profonde suggerisce che l’energia esplosiva non genera facilmente le caratteristiche forme d’onda profonde e pan-oceaniche associate agli tsunami. Ciò è dovuto principalmente al fatto che la maggior parte dell’energia viene dissipata attraverso la generazione di vapore, la formazione di fontane d’acqua verticali e la creazione di forme d’onda di compressione. Gli tsunami sono fondamentalmente caratterizzati da spostamenti verticali sostanziali e permanenti di immensi volumi d'acqua, un fenomeno solitamente non osservato negli eventi esplosivi.

Caratteristiche

Gli tsunami hanno origine da vari fenomeni geologici ed extraterrestri, tra cui terremoti, frane, eruzioni vulcaniche, distacchi di ghiacciai e impatti di bolidi. La loro capacità distruttiva si manifesta attraverso due meccanismi principali: in primo luogo, l'immensa forza d'impatto esercitata da un muro d'acqua ad alta velocità; e in secondo luogo, il potere erosivo di un volume sostanziale di acqua che si ritira dalla terra, che trasporta notevoli detriti, anche quando l'ampiezza iniziale delle onde appare modesta.

A differenza delle tipiche onde generate dal vento, che possiedono una lunghezza d'onda (da cresta a cresta) di circa 100 metri (330 piedi) e un'altezza di circa 2 metri (6,6 piedi), uno tsunami nelle profondità dell'oceano mostra una lunghezza d'onda significativamente maggiore, estendendosi fino a 200 chilometri (120 miglia). Tale onda si propaga a velocità superiori a 800 chilometri orari (500 mph). Tuttavia, a causa della sua immensa lunghezza d'onda, l'oscillazione dell'onda in qualsiasi posizione specifica richiede dai 20 ai 30 minuti per completare un ciclo, con un'ampiezza di solo circa 1 metro (3,3 piedi). Di conseguenza, gli tsunami sono difficili da rilevare in acque profonde, poiché le navi in ​​genere non sono in grado di percepirne il transito.

La velocità di propagazione di uno tsunami può essere determinata calcolando la radice quadrata della profondità dell'acqua in metri moltiplicata per l'accelerazione dovuta alla gravità (approssimata come 10 m/s²). Ad esempio, presupponendo una profondità dell'Oceano Pacifico di 5.000 metri, la velocità dello tsunami sarebbe √5.000 × 10 = √50.000 ≈ 224 metri al secondo (730 piedi/s), equivalenti a circa 806 chilometri all'ora (501 mph). Questa formula viene applicata specificamente per calcolare la velocità delle onde in acque poco profonde. In questo contesto, anche le profondità dell'oceano sono considerate "poco profonde" a causa della lunghezza d'onda orizzontale relativamente immensa di uno tsunami.

La designazione giapponese "onda del porto" (tsunami) trae origine da osservazioni storiche in cui i pescatori locali, dopo essersi avventurati in mare e non aver riscontrato alcuna attività ondosa anomala, tornavano e trovavano i loro villaggi costieri devastati da un'onda colossale.

Quando uno tsunami si avvicina alle regioni costiere dove la profondità dell'acqua diminuisce, il banco d'onda induce compressione, riducendone la velocità a meno di 80 chilometri all'ora (50 mph). Allo stesso tempo, la sua lunghezza d'onda si contrae a meno di 20 chilometri (12 miglia), mentre la sua ampiezza aumenta significativamente, in linea con la legge di Green. Dato il lungo periodo dell'onda, uno tsunami può richiedere diversi minuti per raggiungere la sua massima altezza. Con l'eccezione degli tsunami più consistenti, l'onda in arrivo tipicamente non si rompe, ma si manifesta invece come un flusso di marea che avanza rapidamente. Inoltre, baie aperte e coste situate vicino a profonde profondità oceaniche possono ulteriormente modificare lo tsunami in un'onda a gradini caratterizzata da un fronte che si rompe bruscamente.

L'innalzamento temporaneo del livello del mare osservato quando il picco dell'onda di uno tsunami raggiunge la costa è definito run-up. Questa rincorsa è quantificata in metri rispetto ad un livello del mare di riferimento definito. Tsunami significativi possono comprendere più onde che arrivano nell'arco di diverse ore, con intervalli considerevoli che separano le loro creste. È importante notare che l'onda iniziale che raggiunge la costa potrebbe non necessariamente mostrare la massima rincorsa.

Circa l'80% di tutti gli tsunami hanno origine nell'Oceano Pacifico; tuttavia, questi fenomeni possono manifestarsi in qualsiasi specchio d'acqua, compresi i grandi laghi. Tuttavia, le complesse interazioni tra tsunami, coste e topografia del fondale marino determinano diversi gradi di vulnerabilità tra le diverse nazioni. Ad esempio, nonostante le coste contigue del Pacifico degli Stati Uniti e del Messico, gli Stati Uniti hanno documentato dieci tsunami in questa regione dal 1788, mentre il Messico ne ha registrati venticinque dal 1732. Allo stesso modo, il Giappone ha sperimentato oltre cento tsunami nel corso della sua storia, in contrasto con la vicina isola di Taiwan, che ne ha registrati solo due, avvenuti nel 1781 e nel 1867.

Svantaggio

Ogni onda presenta sia un picco positivo che uno negativo, comunemente indicati rispettivamente come cresta e valle. Per un'onda che si propaga come uno tsunami, sia la cresta che la depressione possono essere la componente iniziale che raggiunge la riva. Se la cresta dovesse arrivare per prima, l'impatto terrestre immediato sarà caratterizzato da un'onda che si infrange consistente o da una rapida inondazione. Se invece la depressione precede il crinale si avrà il fenomeno detto di ribassamento, caratterizzato da un drammatico arretramento della linea di costa e dall'esposizione di zone tipicamente sommerse. Questo inconveniente può estendersi per centinaia di metri e individui che non hanno familiarità con i pericoli intrinseci occasionalmente indugiano vicino alla riva, spinti dalla curiosità o dall'opportunità di raccogliere vita marina dal fondale appena esposto.

Il periodo d'onda caratteristico di uno tsunami distruttivo è di circa dodici minuti. Di conseguenza, durante la fase di rientro, il mare si ritira, rivelando aree significativamente al di sotto del livello del mare entro circa tre minuti. Nei successivi sei minuti, la depressione dell’onda si sviluppa in una cresta, inondando potenzialmente la costa e dando inizio a una distruzione diffusa. Nel successivo intervallo di sei minuti, l'onda passa da una cresta a un avvallamento, provocando il ritiro delle acque alluvionali in un inconveniente secondario. Questa recessione può trascinare vittime e detriti verso il mare. Questo processo ciclico si ripete con ondate successive.

Scale di intensità e magnitudo

Similmente agli eventi sismici, sono stati intrapresi vari sforzi per stabilire scale di intensità o magnitudo dello tsunami, facilitando l'analisi comparativa tra eventi distinti.

Scale di intensità

Le scale iniziali regolarmente utilizzate per valutare l'intensità dello tsunami includevano la scala Sieberg-Ambraseys (1962), applicata nel Mar Mediterraneo, e la scala di intensità Imamura-Iida (1963), utilizzata nell'Oceano Pacifico. Successivamente, Soloviev (1972) perfezionò quest'ultima scala, derivando l'intensità dello tsunami "I" attraverso la seguente formula:

I = §1617§ §1819§ + registro §2829§ ⁡ H a v {\displaystyle {\mathit {I}}={\frac {1}{2}}+\log _{2}{\mathit {H}}_{av}}

dove ${\displaystyle {\mathit {H}}_{av}}$ denota "l'altezza dello tsunami", espressa in metri e mediata lungo la costa adiacente. L'altezza dello tsunami è definita precisamente come l'elevazione del livello dell'acqua oltre il livello tipico della marea al momento della manifestazione dello tsunami. Questa scala particolare, denominata scala di intensità dello tsunami di Soloviev-Imamura, funge da metrica principale per la magnitudo dello tsunami all'interno dei cataloghi globali degli tsunami curati da NGDC/NOAA e dal Novosibirsk Tsunami Laboratory.

L'applicazione di questa formula produce i seguenti risultati:

• I = 2 corrisponde a ${\displaystyle {\mathit {H}}_{av}}$ di 2,8 metri.
• I = 3 corrisponde a un ${\displaystyle {\mathit {H}}_{av}}$ di 5,5 metri.
• I = 4 corrisponde a un ${\displaystyle {\mathit {H}}_{av}}$ di 11 metri.
• I = 5 corrisponde a un ${\displaystyle {\mathit {H}}_{av}}$ di 22,5 metri.
• e così via.

A seguito di ricerche approfondite sugli tsunami del 2004 e del 2011, nel 2013 è stato introdotto un nuovo sistema a 12 punti, la scala integrata di intensità dello tsunami (ITIS-2012). Questa scala è stata progettata per allinearsi nel modo più preciso possibile con le scale di intensità dei terremoti riviste ESI2007 ed EMS.

Scale di magnitudine

La scala iniziale che quantificava accuratamente la magnitudo di uno tsunami, in contrapposizione alla sua intensità localizzata, era la scala ML, concettualizzata da Murty & Loomis e basato sull'energia potenziale. Tuttavia, le sfide inerenti al calcolo dell’energia potenziale degli tsunami hanno portato alla sua rara applicazione. Successivamente, Abe ha sviluppato la scala della magnitudo dello tsunami ${\displaystyle {\mathit {M}}_{t}}$, che deriva dalla seguente equazione:

M t = a log ⁡<!-- ⁡ --> h + b log ⁡<!-- ⁡ --> R + D {\displaystyle {\mathit {M}}_t={a}\log h+{b}\log R+{\mathit {D}}

In questa equazione, h rappresenta l'ampiezza di picco dell'onda di tsunami, quantificata in metri, come registrata da un mareografo situato a una distanza R dall'epicentro. I parametri a, b e D sono costanti calibrate per garantire che la scala M_t presenti la massima congruenza possibile con la scala della magnitudo momento.

Terminologia relativa all'altezza dello tsunami

Varie terminologie vengono utilizzate per delineare le caratteristiche distinte delle altezze dello tsunami:

• Ampiezza, altezza dell'onda o altezza dello tsunami: questi termini indicano lo spostamento verticale di uno tsunami rispetto al livello del mare prevalente al momento del suo verificarsi, che potrebbe corrispondere all'alta o alla bassa marea. Questa misurazione diverge dall'altezza dalla cresta alla depressione, una metrica tipicamente applicata ad altre categorie di fenomeni ondulatori.
• L'altezza di rincorsa, nota anche come altezza di inondazione, indica l'elevazione verticale raggiunta da uno tsunami sulla terraferma rispetto al livello del mare. L'altezza massima di risalita si riferisce specificamente al punto più alto raggiunto dall'acqua sopra il livello del mare, che a volte viene documentato come l'altezza di picco dello tsunami.
• La profondità del flusso quantifica la misurazione verticale della colonna d'acqua di uno tsunami sopra la superficie del suolo, indipendentemente dall'elevazione locale o dal livello del mare.
• Il livello (massimo) dell'acqua rappresenta la massima elevazione sopra il livello del mare, come indicato da una traccia o da una filigrana. Questa metrica differisce dall'altezza massima di risalita perché queste filigrane non sono necessariamente situate sulla linea o sul limite dell'inondazione.

Avvisi e previsioni

Il fenomeno del ribasso, caratterizzato da un improvviso ritiro del mare, può fungere da preliminare segnale d'allarme. Le persone che assistono a questo evento, spesso accompagnate dalle segnalazioni di un caratteristico suono di risucchio da parte dei sopravvissuti, possono assicurarsi la sopravvivenza solo cercando immediatamente un terreno più elevato o salendo ai livelli superiori delle strutture adiacenti.

Nel 2004, una bambina di dieci anni del Surrey, in Inghilterra, identificata come Tilly Smith, era presente sulla spiaggia di Maikhao a Phuket, in Tailandia, con la sua famiglia. Avendo recentemente acquisito conoscenze sugli tsunami a scuola, ha allertato la sua famiglia della potenziale imminenza di uno tsunami. I suoi genitori successivamente hanno avvertito altre persone pochi minuti prima dell'arrivo dell'onda, preservando così numerose vite. Smith ha attribuito la sua consapevolezza al suo insegnante di geografia, Andrew Kearney.

Durante lo tsunami nell'Oceano Indiano del 2004, il fenomeno dello tsunami non è stato osservato lungo la costa africana o su altre coste esposte a est colpite dall'evento. Questa assenza è stata attribuita allo spostamento verso il basso dell'onda iniziale sul fianco orientale del megathrust e al suo spostamento verso l'alto sul fianco occidentale. Di conseguenza, l'impulso occidentale ha colpito l'Africa costiera e altre regioni occidentali.

Prevedere con precisione lo tsunami rimane difficile, anche quando vengono accertati la magnitudo e l'epicentro di un terremoto. Geologi, oceanografi e sismologi analizzano meticolosamente ogni evento sismico e, sulla base di una moltitudine di fattori, determinano se emettere un avviso tsunami. Tuttavia, alcuni indicatori possono segnalare uno tsunami imminente e i sistemi automatizzati sono in grado di fornire avvisi immediati post-terremoto, facilitando così gli interventi salvavita. Tra i sistemi più efficaci ci sono quelli che impiegano sensori di pressione sul fondo, che sono fissati alle boe e monitorano continuamente la pressione idrostatica della colonna d'acqua sovrastante.

Le aree caratterizzate da un elevato rischio di tsunami utilizzano comunemente sofisticati sistemi di allarme per allertare gli abitanti prima dell'approdo dell'onda. Ad esempio, lungo la costa occidentale degli Stati Uniti, soggetta agli tsunami nell’Oceano Pacifico, la segnaletica delinea chiaramente le vie di evacuazione. In Giappone la popolazione dimostra un alto grado di istruzione riguardo ai terremoti e agli tsunami; Le coste giapponesi sono caratterizzate da importanti segnali di allarme tsunami che sottolineano i pericoli naturali, integrati da una rete di sirene di allarme spesso posizionate in cima alle scogliere circostanti.

Il Pacific Tsunami Warning System, con sede a Honolulu, Hawai'i, è responsabile del monitoraggio dell'attività sismica in tutto l'Oceano Pacifico. L'allarme tsunami viene attivato al rilevamento di un terremoto di magnitudo sufficientemente grande, insieme ad altri dati pertinenti. Sebbene le zone di subduzione che circondano il Pacifico siano sismicamente attive, non tutti gli eventi sismici generano uno tsunami. I sistemi informatici svolgono un ruolo cruciale nell'analisi del rischio tsunami associato a ciascun terremoto che ha origine nell'Oceano Pacifico e nelle sue masse continentali contigue.

In risposta diretta allo tsunami nell'Oceano Indiano, i governi nazionali e il Comitato per la mitigazione dei disastri delle Nazioni Unite stanno attualmente conducendo una rivalutazione completa della minaccia dello tsunami in tutte le regioni costiere. Allo stesso tempo, nel bacino dell'Oceano Indiano è stato istituito un sistema di allarme tsunami dedicato.

I modelli computerizzati avanzati sono in grado di prevedere l'orario di arrivo dello tsunami, in genere con una precisione entro pochi minuti dall'evento reale. I sensori di pressione sul fondo facilitano la trasmissione in tempo reale di dati critici. Utilizzando queste letture della pressione, informazioni sismiche supplementari, morfologia del fondale marino (batimetria) e topografia costiera, questi modelli stimano l'ampiezza e l'altezza del picco di uno tsunami in avvicinamento. Tutte le nazioni che si affacciano sul Pacifico partecipano attivamente al sistema di allarme tsunami, conducendo regolarmente esercitazioni di evacuazione e altri protocolli di preparazione. In Giappone, una preparazione così completa è obbligatoria per gli enti governativi, le autorità locali, i servizi di emergenza e la popolazione in generale.

Sulla costa occidentale degli Stati Uniti, oltre alle sirene udibili, gli allarmi vengono diffusi attraverso trasmissioni televisive e radiofoniche dal Servizio meteorologico nazionale, sfruttando il sistema di allarme di emergenza.

Potenziali reazioni degli animali

Alcuni zoologi ipotizzano che alcune specie animali possiedano la capacità di rilevare le onde subsoniche di Rayleigh generate da terremoti o tsunami. Se questa ipotesi fosse accurata, il monitoraggio del comportamento degli animali potrebbe offrire un sistema di allerta precoce per questi eventi sismici. Tuttavia, le prove a sostegno di questa affermazione rimangono controverse e mancano di un’ampia accettazione all’interno della comunità scientifica. Resoconti infondati del terremoto di Lisbona suggeriscono che alcuni animali cercarono terreni più elevati, mentre numerosi altri nelle stesse vicinanze morirono. Anche i resoconti dei media provenienti dallo Sri Lanka durante il terremoto nell'Oceano Indiano del 2004 hanno documentato questo fenomeno. È plausibile che animali specifici, come gli elefanti, possano aver percepito i suoni dello tsunami in avvicinamento mentre si avvicinava alla costa. La risposta degli elefanti prevedeva la ritirata dal rumore percepito, in netto contrasto con alcune azioni umane che consistevano nell'avvicinarsi alla riva per indagare, che hanno tragicamente provocato molti annegamenti.

Strategie di mitigazione

Nelle regioni esposte agli tsunami, sono stati implementati interventi di ingegneria sismica per ridurre al minimo i danni a terra.

Il Giappone, una nazione in cui i protocolli di ricerca e risposta allo tsunami hanno avuto origine dopo un evento devastante nel 1896, ha progressivamente sviluppato contromisure e piani di emergenza sofisticati. Il paese ha costruito numerosi muri contro lo tsunami, che raggiungono altezze fino a 12 metri (39 piedi), per salvaguardare le zone costiere popolate. Inoltre, in altre aree sono state erette chiuse alte fino a 15,5 metri (51 piedi) e scavati canali progettati per deviare le acque dello tsunami in arrivo. Tuttavia, l'efficacia di queste strutture è stata messa in dubbio, poiché gli tsunami spesso superano l'altezza di queste barriere.

Il disastro nucleare di Fukushima Daiichi è stato una conseguenza diretta del terremoto e dello tsunami di Tōhoku del 2011, dove le onde hanno superato la diga della centrale, inondando i suoi generatori di emergenza. La prefettura di Iwate, una regione altamente vulnerabile agli tsunami, aveva estese mura barriera contro lo tsunami, inclusa la diga di Taro, che si estendeva per un totale di 25 chilometri (16 miglia) attraverso le sue città costiere. Successivamente lo tsunami del 2011 ha sfondato oltre il 50% di queste mura, provocando una distruzione catastrofica.

Lo tsunami di Okushiri, Hokkaidō, che si è verificato entro due o cinque minuti dal terremoto del 12 luglio 1993, ha generato onde che raggiungevano i 30 metri (100 piedi) di altezza, paragonabili a un edificio di 10 piani. Sebbene la città portuale di Aonae fosse interamente circondata da un muro legato allo tsunami, le onde hanno superato questa barriera, demolendo tutte le strutture in legno della zona. Anche se il muro avrebbe potuto attenuare la velocità dello tsunami e moderarne l'altezza, alla fine non è riuscito a prevenire una significativa distruzione e perdita di vite umane.

Note a piè di pagina

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Riferimenti

• Glossario dello Tsunami del CIO, pubblicato dalla Commissione oceanografica intergovernativa (CIO) presso il Centro internazionale di informazione sugli tsunami (ITIC) dell'UNESCO.
• Terminologia dello tsunami, disponibile presso NOAA.
• Nel giugno 2011, il servizio VOA Special English di Voice of America ha trasmesso un programma di 15 minuti sugli tsunami come parte della sua serie settimanale Science in the News. Questo programma prevedeva un'intervista con un funzionario della NOAA che supervisionava il sistema di allarme tsunami dell'agenzia. Una trascrizione e un MP3 del programma, pensati per gli studenti di lingua inglese, sono disponibili con il titolo "The Ever-Present Threat of Tsunamis".
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Centri di reporting

• Centro NOAA – Amministrazione nazionale per l'oceano e l'atmosfera
• Eventi storici e recenti di tsunami e dati rilevanti – Laboratorio ambientale marino del Pacifico

• Glossario CIO sullo tsunami – Centro internazionale di informazione sullo tsunami (UNESCO)
• Lo tsunami più alto del mondo – geology.com
• Commissione oceanografica intergovernativa – Commissione oceanografica intergovernativa

Novità e novità animazioni

• Animazione Tsunami – Geoscience Australia