ほとんどの波は、風が海面の上を吹き渡る際に発生し、エネルギーを伝え、水を変位させることで生じます。
津波は、海底地震、火山噴火、または海底地すべりによって大量の海水が変位する、まったく異なるメカニズムで発生します。
津波の原因が何であれ、水が変位した後、静かな池に石を投げ入れたときと同様に、波は四方八方へ伝わっていきます。
2022年1月15日、トンガのフンガ・トンガ－フンガ・ハーパイ火山が噴火し、津波が太平洋全域へ四方八方に急速に広がりました。
噴火の情報が広まると、周辺の島々や、ニュージーランド、日本、さらには米国西海岸に至るまで遠く離れた地域の政府機関が津波警報を発令しました。噴火からわずか約12時間後には、高さ数フィート程度の津波の波がカリフォルニアの海岸に到達しました。噴火地点から5,000マイル以上離れた場所です。
私は海洋物理学者で、海洋における波と乱流混合を研究しています。津波は、海洋中での動きの物理学が非常に単純で優雅であるため、学生に教える際に最もお気に入りのテーマの一つです。
カリフォルニアの海岸に打ち寄せる高さ数フィートの波は、この言葉が連想させる破壊的な波や、過去の悲惨な津波の映像に映っているものとは結びつかないかもしれません。しかし、津波は大きさに関係なく通常の波ではありません。では、津波は他の海洋の波とどう違うのでしょうか。何が津波を発生させるのでしょうか。なぜそれほど速く移動するのでしょうか。そして、なぜそれほど破壊的なのでしょうか。
深部での変位
ほとんどの波は風によって発生し、風が海面の上を吹き渡る際にエネルギーを伝え、水を変位させます。この過程によって、毎日海岸で目にする波が生まれます。
津波は、まったく異なるメカニズムによって発生します。海底地震、火山噴火、または海底地すべりによって大量の海水が変位すると、そのエネルギーはどこかへ行く必要があるため、一連の波が生じます。エネルギーが海洋の上層に限定される風による波とは異なり、津波の一連の波のエネルギーは海洋の深さ全体に及びます。さらに、風による波よりもはるかに多くの水が変位します。
プールの水面に息を吹きかける場合と、誰かが大きな爆弾飛び込みをする場合とでは、生じる波が大きく異なることを想像してみてください。爆弾飛び込みは、水面に息を吹きかけるよりもはるかに多くの水を変位させるため、はるかに大きな波の連なりを生み出します。
地震は容易に大量の水を動かし、危険な津波を引き起こす可能性があります。大規模な海底地すべりも同様です。トンガの津波の場合、火山の大規模な爆発によって水が変位しました。一部の科学者は、噴火によって海底地すべりも引き起こされたと推測しており、これが大量の変位水の一因になったとしています。この説が正しいかどうかは、今後の研究によって確認されることになるでしょう。
津波の波は速く伝わる
津波の原因が何であれ、水が変位した後は、波は外側へ伝わり、静かな池に石を投げ入れたときと同様に、四方八方へ広がっていきます。
津波の波のエネルギーは海底の最深部まで達するため、海底の深さが津波の移動速度を決定する主要な要因となります。津波の速度の計算は実際には非常に単純です。海洋の平均深度である13,000フィート（4,000メートル）に重力を掛け、その平方根を求めるだけです。この計算により、平均速度は時速約440マイル（時速700キロメートル）となります。これは、一般的な波の速度よりもはるかに速く、一般的な波の速度は時速約10～30マイル（時速15～50キロメートル）の範囲にあります。
この方程式は、海洋学者が津波が遠くの海岸に到達する時刻を推定するために用いるものです。1月15日の津波は、トンガでの噴火の12時間12分後に、カリフォルニア州サンタクルーズに到達しました。サンタクルーズはトンガから5,280マイル（8,528キロメートル）離れており、津波の速度は時速433マイル（時速697キロメートル）であったことになります。これは、海洋の平均深度を用いて計算された速度の推定値とほぼ同じです。
陸上での破壊
津波は、どこにでもある風による波と比べれば稀ですが、はるかに破壊的であることが多いです。2004年のインド洋津波では225,000人が死亡しました。2万人以上が命を落としたのは2011年の日本の津波でした。
津波が通常の波よりもはるかに破壊的になるのはなぜでしょうか。
外洋では、津波の波は小さく、海面の船からは検知できないほどのこともあります。しかし、津波が陸地に近づくにつれて海は次第に浅くなり、深海の底まで数千フィートにわたって広がっていた波のエネルギーすべてが圧縮されます。変位した水はどこかへ行く必要があります。行き場は上しかないため、波は海岸に近づくにつれてどんどん高くなります。
津波が海岸に到達すると、一般的な海の波のように波頭が立って砕けることは多くありません。代わりに、海岸付近の陸地を浸水させうる巨大な水の壁のようになります。まるで海面が突然数フィート以上上昇したかのようです。これにより洪水と非常に強い流れが生じ、人、車、建物を容易に押し流してしまう可能性があります。
幸いなことに、津波は稀であり、かつてほどの驚きではなくなっています。現在では、「DARTブイ」と呼ばれる海底水圧センサーが広範囲に設置されており、DARTブイは津波の波を感知し、政府機関が津波の到来に先立って警報を発令することを可能にしています。
沿岸付近に住んでいる場合、特に津波の大部分が発生する太平洋沿岸にお住まいの場合は、必ず津波の避難経路を把握しておき、高台へ避難できるようにし、津波警報を受けた場合は必ず従ってください。
フンガ・トンガ－フンガ・ハーパイ火山の噴火により、トンガの人々と世界の他の地域を結ぶ主要な通信ケーブルが切断されました。津波の科学は魅力的なものですが、これらは深刻な自然災害です。トンガでは現在まで死者数は少数にとどまると報告されていますが、多くの人々が行方不明となっており、津波による被害の実態は依然として不明です。
