by
Trong những ngày cuối năm 2004, không ai trong chúng ta là không bàng hoàng trước những thảm hoạ khủng khiếp do động đất và sóng thần gây ra trong khu vực Nam Á. Một cơn giận dữ của biển cả đã cướp đi sinh mạng của hàng trăm nghìn người dân vô tội.
Tâm chấn của trận động đất nằm trên vùng biển phía tây bắc đảo Sumatra Indonesia. Tưởng chừng một trận động đất ngoài biển sẽ không gây thiệt hại như những trận động đất trên đất liền mà ta thường thấy trước đây. Thế nhưng một bàn tay vô hình của biển cả đã mang tai họa từ đại dương vào những vùng ven biển Nam Á. Những cơn sóng thần cao từ 5 đến 10 mét đã quét sạch, cuốn trôi tất cả những gì có trên bờ biển nơi nó ập đến.
Sóng thần không dễ để phát hiện, và thực sự nó như một bàn tay vô hình của biển cả. Nếu có sóng thần, không ai đứng trên bãi biển là có thế chạy thoát vì nó như một bức tường nước rất cao, ập đến bất thình linh với tốc độ gần trăm cây số một giờ. Bức tường nước đó tràn sâu vào bên trong đất liền và tàn phá, cuốn trôi mọi thứ có thể. Tuy nhiên, ở ngoài khơi xa không một chiếc thuyền nào có thể cảm nhân thấy sóng thần lướt qua vì thực ra ở đó nó chỉ cao không quá 1m. Khi tiến đến gần bờ, chạm phải đáy biển con sóng cứ to và cao dần lên đến 30m. Và đối với những người trên bãi biển, thực sự trời đang sập xuống đầu họ.
Với những kiến thức vật lí sơ cấp, chúng ta sẽ thử lí giải các hiện tượng kể trên của sóng thần qua mô hình và các phương trình đơn giản.
Sóng thần được hình thành khi xảy ra những trận động đất hoặc có sự dịch chuyển các mảng nền dưới đáy đại dương. Bề mặt đáy đại dương bị dao động nâng lên hạ xuống, hay nứt vỡ tạo ra sự dịch chuyển của một khối lượng nước cực lớn, và hình thành một con sóng lớn. Tất nhiên các bạn phải hiểu rằng con sóng này có quy mô đại dương, tức là nước ở cả đáy biển và mặt biển đều chuyển động với biên độ như đã nói ở trên là vào khoảng 1m. Nó khác hẳn với những con sóng thông thường khi chỉ có phần bề mặt của đại dương tham gia. Điều đó giải thích cho một năng lượng cực lớn của sóng thần.
Sự dịch chuyển của một mảng nền lớn tạo cho con sóng có bước sóng cỡ 200km. Độ sâu của Thái Bình Dương vào khoảng 4,3km. Như vậy độ sâu là nhỏ so với bước sóng. Ta sẽ mô hình hoá con sóng như một sợi dây truyền sóng dưới tác dụng của trọng lực (tất nhiên dây là một mô hình khá thô thiển). Sợi dây này có bề ngang là d, độ sâu là h. Ta có thể sử dụng công thức đã biết về vận tốc sóng trên dây:
T là lực căng dây µ là mật độ khối lượng dài: µ = ρhd . Lực căng dây có thể tính theo áp lực của cột nước lên một mặt phẳng tưởng tượng chắn ngang sợi dây. Phương trình vi phân cho áp lực này là:
Thay vào phương trình vận tốc sóng ta được:
Tâm chấn của trận động đất nằm trên vùng biển phía tây bắc đảo Sumatra Indonesia. Tưởng chừng một trận động đất ngoài biển sẽ không gây thiệt hại như những trận động đất trên đất liền mà ta thường thấy trước đây. Thế nhưng một bàn tay vô hình của biển cả đã mang tai họa từ đại dương vào những vùng ven biển Nam Á. Những cơn sóng thần cao từ 5 đến 10 mét đã quét sạch, cuốn trôi tất cả những gì có trên bờ biển nơi nó ập đến.
Sóng thần không dễ để phát hiện, và thực sự nó như một bàn tay vô hình của biển cả. Nếu có sóng thần, không ai đứng trên bãi biển là có thế chạy thoát vì nó như một bức tường nước rất cao, ập đến bất thình linh với tốc độ gần trăm cây số một giờ. Bức tường nước đó tràn sâu vào bên trong đất liền và tàn phá, cuốn trôi mọi thứ có thể. Tuy nhiên, ở ngoài khơi xa không một chiếc thuyền nào có thể cảm nhân thấy sóng thần lướt qua vì thực ra ở đó nó chỉ cao không quá 1m. Khi tiến đến gần bờ, chạm phải đáy biển con sóng cứ to và cao dần lên đến 30m. Và đối với những người trên bãi biển, thực sự trời đang sập xuống đầu họ.
Với những kiến thức vật lí sơ cấp, chúng ta sẽ thử lí giải các hiện tượng kể trên của sóng thần qua mô hình và các phương trình đơn giản.
Sự dịch chuyển của một mảng nền lớn tạo cho con sóng có bước sóng cỡ 200km. Độ sâu của Thái Bình Dương vào khoảng 4,3km. Như vậy độ sâu là nhỏ so với bước sóng. Ta sẽ mô hình hoá con sóng như một sợi dây truyền sóng dưới tác dụng của trọng lực (tất nhiên dây là một mô hình khá thô thiển). Sợi dây này có bề ngang là d, độ sâu là h. Ta có thể sử dụng công thức đã biết về vận tốc sóng trên dây:
Ta có thế kết luận được gì từ phương trình vận tốc truyền sóng ? Khi càng vào gần bờ, độ sâu của biển càng giảm và vận tốc truyền sóng cũng giảm theo. Năng lượng của con sóng phụ thuộc vào cả vận tốc và biên độ. Năng lượng không thay đổi nhiều, vận tốc của sóng giảm đáng kể khi vào bờ khiến độ cao của sóng tăng vọt. Từ chỗ chỉ không quá 1m nâng lên đến 10m. Điều này cũng có thể giải thích theo cách khác. Khi con sóng tiến đến gần bờ, độ sâu giảm, nó chạm mạnh vào đáy biển đang dốc lên. Và xét một cách định tính sự chạm mạnh như vậy khiến con sóng phải dâng cao lên. Ta có thể ước lượng độ cao của sóng khi vào bờ . Năng lượng của sóng được tính theo công thức:
Tất nhiên độ cao của sóng thần còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn thế, như cường độ mạnh yếu của chấn động, sự mất mát năng lượng sóng trên quãng đường cả nghìn cây số... Những con sóng thần lớn có độ cao trên 20m. Con sóng cao nhất đã từng biết đến là con sóng thần tàn phá đảo Ishigaki, Nhật Bản năm 1971, cao đến ... 85m. Trong đợt sóng thần gần đây rất may cho chúng ta là các con sóng không quá lớn, chỉ cao không đến 20m.
Sóng thần chủ yếu xuất hiện ở vùng ven bờ Thái Bình Dương, vì như chúng ta đã biết dưới đáy Thái Bình Dương là nơi tiếp giáp của nhiều mảng nền cấu tạo nên vỏ trái đất. Tuy biết là như vậy nhưng cho đến nay thực sự không có bất kì phương pháp tốt nào để dự báo trước được sóng thần. Dù biết là có động đất nhưng cũng không thể biết được sóng sẽ tràn đến vùng bờ biển nào. Như đã nói trên ngay cả thuyền ngoài biến cũng không thể nhận ra sóng thần. Mong rằng trong tương lai không xa sẽ có những phương tiện khoa học kỹ thuật tinh vi hơn để dự báo được sóng thần, giảm bớt thảm hoa cho nhân loại.
Tác giả: Nguyễn Minh Dương (Hải Phòng)
0 Comments: