या गो दरियाचा दरारा मोठा..

त्सुनामी – भाग १
या गो दरियाचा दरारा मोठा..

त्सुनामी म्हणजे काय?

ख्रिस्तपूर्व ४२६ मध्ये ग्रीक इतिहासकार थुसिडायडेस ह्याने युबेआ बेटांवर पाहिलेल्या त्सुनामीची ठेवलेली नोंद ही आजपर्यंतच्या त्सुनामीच्या नोंदींमधली सर्वांत पहिली नोंद. त्यानंतर अनेक त्सुनामींनी किना-यांना धडका दिल्या आणि अनेकींच्या नोंदीही झाल्या. समुद्राच्या दरा-याचा एक महत्वाचा आविष्कार म्हणजे त्सुनामी. त्सुनामी हा मूळ जपानी शब्द. त्सु म्हणजे बंदर आणि नामी म्हणजे लाट. त्यामुळे त्सुनामीचा शब्दश: अर्थ “बंदरावर येणारी लाट” असा असला तरी त्सुनामी ह्या वाराजन्य (wind generated) लाटा वा भरती-ओहोटीच्या गुरुत्वाकर्षणजन्य लाटा (tidal waves) यांपासून भिन्न आहेत.

समुद्रतळाखाली होणारे भूकंप, समुद्रतळाशी होणारे भूस्खलन (दरड कोसळणे, landslides), विरूपण (deformation) आणि समुद्रतळाशी ज्वालामुखीचा उद्रेक ही त्सुनामी निर्माण होण्याची तीन प्रमुख कारणे. किना-याजवळ मोठा स्फोट झाल्याने, तसेच, समुद्रामध्ये अशनीपात* झाल्यानेही त्सुनामीनिर्मिती होऊ शकते. मात्र आजपर्यंत नोंद झालेल्या त्सुनामींपैकी बहुतेक त्सुनामी ह्या समुद्रतळाखालील भूकंपामुळे निर्माण झालेल्या आढळतात. प्रत्यक्ष भूकंपाबरोबरच भूकंपामुळे होणारे भूस्खलन ह्या त्सुनामीनिर्मितीसाठी मोठ्या प्रमाणात कारणीभूत ठरतात. जेव्हा समुद्रतळाचा आकार काही कारणाने बदलतो, विरूपित होतो, त्यावेळी उत्सर्जित झालेल्या ऊर्जेमुळे त्याभागावरील पाण्याच्या स्तंभामध्ये मोठ्या प्रमाणात खळबळ उत्पन्न होते, परिणामतः त्सुनामीची निर्मिती होते.

त्सुनामींचे ढोबळमानाने दोन प्रकार केले जातात – स्थानिक वा निकटक्षेत्र (Local or Nearfield) आणि दूरस्थ वा दूरक्षेत्र (Distant or Farfield/Remote). त्सुनामीचा उगम आणि ती किना-यावर जेथे आदळली ते ठिकाण ह्यातील अंतरानुसार तिचा प्रकार ठरतो. त्यामुळे काहींसाठी स्थानिक असणारी त्सुनामी दुस-यांसाठी दूरस्थ असू शकते. उदाहरणार्थ, डिसेंबर २००४ मध्ये सुमात्रा बेटांजवळ निर्माण झालेली त्सुनामी ही सुमात्रा मधल्या लोकांसाठी स्थानिक तर भारत आणि आफ्रिकेतील लोकांसाठी दूरस्थ होती.

त्सुनामी – उथळ पाण्यातील लाट

आकृती १. लाटेचे भाग – शिखर, दरी, आयाम व तरंगलांबी. लाट वा तरंगातील वरच्या दिशेतील सर्वाधिक विस्थापित बिंदूस (बिंदू श१ व श२) शिखर (crest) तर खालच्या दिशेतील सर्वाधिक विस्थापित बिंदूस (बिंदू द) दरी (trough) असे म्हणतात. लागोपाठच्या दोन शिखर  वा दोन दरींमधील अंतरास त्या लाटेची तरंगलांबी (wavelength) असे म्हणतात. मध्यरेषा म्हणजे लाटा नसतानाची पाण्याची (द्रवाची) स्थिती. मध्यरेषेपासून जास्तीतजास्त विस्थापित झालेल्या बिंदूमधील (शिखर वा दरी मधील) अंतरास ( उदा. बिंदू क व श१ मधील अंतर) आयाम (amplitude) असे म्हणतात.

वाराजन्य लाटा केवळ पृष्ठभागालगतचे पाणी ढकलतात. त्सुनामीमुळे मात्र पाण्याच्या संपूर्ण स्तंभाचे विस्थापन (displacement) होते. संपूर्ण स्तंभामध्ये असलेली ऊर्जा अर्थातच प्रचंड असते. वाराजन्य लाटा ह्या ‘खोल पाण्यातील लाटा’ (deep water waves) असतात तर त्सुनामी ह्या ‘उथळ पाण्यातील लाटा’ (shallow water wave) असतात. ‘खोल पाण्यातील लाटा’ व ‘उथळ पाण्यातील लाटा’ ह्या पारिभाषिक संज्ञा आहेत, त्यांचा शब्दश: अर्थ घेऊन चालणार नाहीत, तर म्हणजे काय? हे समजावून घ्यावे लागेल.

लाट ज्या पाण्यामधून वाहत आहे त्या पाण्याची खोली (ख) आणि त्या लाटेची तरंगलांबी (त) ह्यांचे गुणोत्तर (ratio) (ख/त) जर खूप कमी असेल तर त्या लाटेला ‘उथळ पाण्यातील (उ. पा.) लाट’ असे म्हणतात. ह्याउलट, जर हे गुणोत्तर खूप जास्त असेल तर ती ‘खोल पाण्यातील (खो. पा.) लाट’. म्हणजेच, लाटांच्या तरंगलांबीच्या तुलनेत पाण्याची खोली खूप जास्त असेल तर त्या खो.पा. लाटा, आणि लाटांच्या तरंगलांबीच्या तुलनेत पाण्याची खोली फारशी नसेल तर त्या उ. पा. लाटा. उदाहरणार्थ, चहाच्या कपावर आपण बाहेरून टिचकी मारली तर चहावर जे तरंग उठतील, त्या खो. पा. लाटा. मात्र त्या कपाला धक्का लागला, कप हिंदकळला तर चहात उठतील त्या लाटा म्हणजे उ. पा. लाटा. टिचकीमुळे चहाच्या केवळ पृष्ठभागावर तरंग उमटले, तर कप हिंदकळण्याने कपातील चहाचा संपूर्ण स्तंभच हादरला. कपाची खोली आणि तरंगांची (कपाच्या व्यासापेक्षा बरीच कमी असलेली) तरंगलांबी ह्यांचे गुणोत्तर खूपच जास्त, तर कपाची खोली आणि कप हिंदकळण्याने चहात उठलेल्या लाटेची (कपाच्या व्यासापेक्षा आणि कपाच्या खोलीपेक्षाही मोठी असलेली) तरंगलांबी ह्यांचे गुणोत्तर खूपच कमी. खो. पा. लाटेमुळे चहामध्ये तरंग उठल्याने विशेष काही वाईट झाले नाही, मात्र उ. पा. लाटेमुळे चहा कपाबाहेर सांडला.

सामान्यतः वाराजन्य लाटांची तरंगलांबी १५० मीटर तर त्सुनामींची तरंगलांबी १००,००० मीटर (१०० किलोमीटर) एवढी असते.

उ. पा. लाटेचा वेग (व) हा पाण्याची खोली (ख) आणि गुरुत्वीय त्वरण (gravitational acceleration, ग = ९.८ मीटर/सेकंद^२) ह्यांच्या गुणाकाराच्या वर्गमुळाएवढा (square root) असतो.
उ. पा. लाटेचा व = (ख x ग)^१/२

सरासरी ४००० मीटर खोल असणा-या प्रशांत महासागरामध्ये त्सुनामी ताशी ७०० किमी एवढ्या प्रचंड वेगाने प्रवास करू शकते. त्सुनामी जसजशी किना-याजवळ येते, तसतशी पाण्याची खोली कमी होत गेल्याने त्सुनामीचा वेग मंदावतो. ३० मीटर खोल समुद्रामध्ये लाट ताशी केवळ ५९ किमी वेगाने प्रवास करते. प्रवासादरम्यान लाटांमधील ऊर्जा काही प्रमाणात सतत उत्सर्जित होत असते. उ. पा. लाटेचा ऊर्जा गळतीचा दर हा तरंगलांबीच्या व्यस्त प्रमाणात (inversly proportional) असल्याने प्रवासादरम्यान त्सुनामीमधून होणारी ऊर्जागळती नगण्य असते. प्रचंड वेग, ऊर्जेची प्रचंड साठवण आणि प्रचंड अंतर पार करून जाण्याची क्षमता असलेली त्सुनामी किना-यावर आदळली की होणारे किना-यालगतच्या भागाचे नुकसान केवळ भयावह असते.

भूकंप व त्यांची त्सुनामीनिर्मिती-क्षमता

जेव्हा समुद्रतळ उभ्या दिशेमध्ये (vertical direction) अचानक हादरतो, त्यावेळी सागरतळ उचलला जातो (uplift) किंवा खचतो (subsidence). अशाप्रकारे सागरतळ विस्थापित, विरूपित होतो तेव्हा त्यावरील पाण्यामध्ये त्सुनामीची निर्मिती होऊ शकते. मात्र सुदैवाने समुद्रतळाशी होणा-या प्रत्येक भूकंपामुळे त्सुनामी निर्माण होत नाही. काही भूकंपामुळे जमिनीचे विस्थापन आडव्या दिशेमध्ये वा क्षितिजसमांतर (horizontal direction) होते, असे भूकंप त्सुनामी निर्माण करत नाहीत. भूकंपाची तीव्रता जेवढी जास्त तेवढा जास्त भूभाग हादरतो आणि विरूपित होतो. भूकंपाचे केंद्र जेवढे खोल तेवढी उभ्या दिशेत होणारी हालचाल आणि विरूपण कमी, तर केंद्र जेवढे जमिनीलगत तेवढी ही हालचाल आणि विरूपण जास्त. भूकंपकेंद्र सागरतळापासून ३० किमी पेक्षा अधिक खोल असल्यास त्यामुळे त्सुनामीनिर्मितीची शक्यता नगण्य असते. मात्र १९६० सालच्या चिलीतील भूकंपाचे केंद्र जमिनीखाली ३० किमी पेक्षा खोलवर असूनही ते त्सुनामीनिर्मितीस कारणीभूत ठरले, कारण त्या भूकंपाची तीव्रता खूपच जास्त होती. ६० किमी पेक्षा खोल केंद्र असलेल्या भूकंपाने त्सुनामीनिर्मितीला चालना दिल्याची नोंद मात्र आजवर झालेली नाही.

अगदी अलिकडच्या काळापर्यंत भूकंपामुळे होणारे समुद्रतळाचे  विरूपण हे त्सुनामीनिर्मितीचे प्रमुख कारण मानले जाई. मात्र भूकंपाबरोबरच सागरतळाशी होणा-या भूस्खलनामुळे (दरडी कोसळण्यामुळे) त्सुनामी निर्माण होण्याचे प्रमाणही खूपच मोठे आहे. भूकंपप्रवर्तित (earthquake induced) आणि भूस्खलन-प्रवर्तित (landslide induced) त्सुनामींमध्ये काही गुणात्मक फरक आहेत. भूकंपप्रवर्तित त्सुनामींची तरंगलांबी आणि आयाम मोठा असतो, तसेच उगम विस्तृत असतो, तर भूस्खलन-प्रवर्तित त्सुनामींची तरंगलांबी व आयाम तुलनेने लहान आणि उगमाचा विस्तारही कमी असतो. समुद्रामध्ये झालेला अशनीपात वा समुद्रतळाशी झालेला ज्वालामुखीचा उद्रेकही त्सुनामी निर्माण करू शकतो. ज्वालामुखीच्या उद्रेकामुळे आतील लाव्हा पाण्यामध्ये वर उसळतो, खडकांचे तुकडे खाली कोसळतात आणि लाव्हा खाली वाहत जातो. ह्या सर्व घटनांमुळे त्यावरील पाणी उभ्या दिशेमध्ये विस्थापित होऊन त्सुनामी निर्मिती होऊ शकते. समुद्रामध्ये अशनीपात झाल्यास अशनीचा प्रचंड वेग पाण्यात पडल्यामुळे अचानक मंदावतो. तेव्हा अशनीच्या तुकड्यांमधील संवेग (momentum) आणि ऊर्जा पाण्यामध्ये स्थलांतरित होते. त्यावेळे पाण्याचे वरून खाली असे उभ्या दिशेमध्ये विस्थापन होते, जे त्सुनामीनिर्मितीसाठी कारणीभूत होऊ शकते.

पुढील भागामध्ये त्सुनामी-प्रारूपे, त्सुनामीचा अंदाज आणि त्सुनामीचा उगमापासून किना-यापर्यंतचा प्रवास हे मुद्दे पाहू.

*अशनीपात – अवकाशातील एखादी वस्तू, दगड पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामध्ये सापडल्यामुळे पृथ्वीकडे खेचली जाते. ह्या दगडाने पृथ्वीच्या वातावरणामध्ये प्रवेश केला की हवेबरोबरच्या घर्षणाने तो हवेत पेट घेतो. जर हा दगड छोटा असेल तर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पडण्यापूर्वी, वातावरणातच जळून जातो, ज्याला उल्का असे म्हणतात. मात्र हा दगड मोठा असेल तर ज्याचा काही भाग वातावरणात जळून गेला तरी उर्वरित भाग जमिनीवर पडतो, त्याला अशनी असे म्हणतात. लोणारसारखी विवरे ही अशनीपाताने तयार झालेली आहेत, उल्कापाताने नव्हेत, कारण उल्का जमिनीपर्यंत पोहोचतच नाहीत.

ह्यानंतर – भाग २- कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा‎ ‎

संदर्भ-

१. Ellen J. Prager, Kate Hutton, Costas Synolakis and Stanley Williams, “Furious Earth: The science and nature of Earthquakes, Volcanoes, and Tsunamis”, McGrow-Hill, 2000, pp 165-210.
२. हॅलिडे, रेसनिक, “फंडामेंटल्स ऑफ फिजिक्स”, न्यूयॉर्क विली, जॉन्स ऍण्ड सन्स, २००१.
३. वॉशिंग्टन विद्यापिठाच्या ‘अर्थ व स्पेस सायन्स’  विभागाचे संकेतस्थळ.

वरदा व. वैद्य, ऑक्टोबर २००६ । Varada V. Vaidya, October 2006