チリ地震の津波の速度について

質問

2010-2-27 15:34 　チリ地震M8.8（阪神の300倍）発生
2010-2-28 15:49 岩手・久慈港に1.2mの津波到着
この情報から計算すると、
津波の速度は、約17,000km /約24時間＝約708km/時
となりますが、
車で100km、新幹線300km、リニアモーターカー600kmよりも
早く移動するのは想像しがたいです。
素朴な疑問なのですが、
どうすれば、こんなに速く海水が移動できるのでしょうか、おしえてください。
この計算はあってますか？

回答No.1

kagakusuki · ベストアンサー

津波の様に、波長の長い水面波の速度は、海の深さが深い程速くなります。（海底の水深の平方根に比例します）

波の速度＝√（重力加速度×深度）

【参考URL】
　津波の伝播速度公式の導出
　　http://www.page.sannet.ne.jp/ikenoue/type2/tsunami/tsunami.html

　理科年表によりますと、太平洋の平均深度は4188ｍという事ですから

波の速度＝√(9.80665[m/s^2]×4188[m])≒202.7[m/s]

という計算になります。
　これを時速に直しますと730km/hになります。
　この速度は、あくまで太平洋の深さが、どこも同じであると仮定した場合の値に過ぎません。
　実際の海底では、場所によって深度が異なっているため、津波が浅い所を通過する時には、速度が遅くなりますから、平均速度もこの計算値よりは遅くなります。
　ですから、質問者様の708km/hという計算値は、間違いないと思います。

お礼

計算あっているとのこと、ありがとうございます。
でも、速すぎるので、人に応用できればすごいと思います。
例えば、船がこの波に乗って移動するとか。。。
なぜ海の深さが深い程速くなるのかが、理解できません。
自動車と同じで大きな道は速く移動できるが、細い道は徐行すると
いうことですかね。

回答No.8

Yosha

No.6 です。

>円運動？？？

ウィキペディア（Wikipedia）の「水面波」

　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E9%9D%A2%E6%B3%A2

の説明の中段付近、タイトル「自然科学的な理論」の右に「水面の一点の運動」というタイトルの小さな動画で、波が円運動をしながら伝搬している様子が描写されています。

難しい説明文の中に、「この式から、海水の水粒子は楕円軌道を描いて運動しており、深海波では円軌道に近くなることがわかる。」という文言があります。

>速すぎるので、人に応用できればすごいと思います。例えば、船がこの波に乗って移動するとか
>どうすれば、こんなに速く海水が移動できるのでしょうか
>自動車と同じで大きな道は速く移動できるが、細い道は徐行するということですかね。
>約708km/時の波（高さ1.2m）が日本沿岸に届いたとするとものすごい破壊力になるはずである。
>なぜなら車では40km/時でも人は死ぬ。
>この波が約708km/時（ジェット機並み）で移動することがどうしてもイメージできません。
>約708km/時を目で見たら一体どう見えるのですか？

これらの疑問は全て「海水そのものが移動する」という考えがから来ています。
この考えが思考の邪魔をしています。　これを捨てない限り、「何度も読んだが意味不明でイメージが混乱しました。」ということになり、理解はできないでしょう。　
本当に海水が移動するのでしたら、元の所に他所から海水が流れ込まなくてはなりません。　震源地から全方向に、海水が移動したら、震源地の海は空っぽになります。　こんなことがあり得ると思いますか？　あり得ませんよね？　だから、難しい理屈を持ち出さなくても海水は移動しないのだということに気が付くべきです。　思考が一方的になっています。

海水そのものが川の水のように移動するのではなく、エネルギーが波という形で伝搬するだけです。
例に挙げた、縄の波もそうですし、音波も空気自体はほとんど動きませんし、導線を非常に速い速度で流れると思われている電流も、実は電子の移動速度はそんなに早くはありません。　
でも、伝わり方は非常に速いのです。

一例ですが、長いパイプの端を叩くと、その振動は、音波となってパイプの中を伝わります。
しかし、圧縮性がありますので秒速300メートル程度で伝搬します。　
パイプの中身が水の場合ですと、圧縮性がほとんどないので、伝搬速度も秒速1400メートル以上になります。 小銃の弾の速度くらい。　
いずれも、中の空気とか水はほとんど移動しませんが、波動はちゃんと伝わっています。

伝搬と移動は別のものです。　比較の対象になりません。
>「海水は移動していない」「波動として伝わる」＝＞すなわち、
となりの海水を順次押し出しているイメージでしょうか？
とせっかく No2. さまの意見で気がつき始めたのに、また逆戻りをし、結果次のような質問が生じ、混乱を助長することになったのです。

「約708km/時の波（高さ1.2m）が日本沿岸に届いたとするとものすごい破壊力になるはずである。」などと伝搬速度を移動速度ととらえ比較すること自体が間違っているのです。　

>津波関連の映画では、津波は高く見えてせいぜい数十km/時程度にしか感じないのは映画の嘘・効果ですか？

陸に近づいた、または上陸した津波は、ダムの堤防が決壊した時と同じで、大海中の津波の速度とは無関係です。　混同しないようにしましょう。

お礼

イメージ的には、移動が分かりやすいです。
波の伝搬が理解できないことが分かりました。
円運動は波のように見えるが、波の移動にも見える。
伝搬は速く、移動は遅い＝＞さっぱり分からない、区別が分からない、言葉あそびのような気がする。
考えてみれば日常の音の伝搬も分からないのに、
頻度の少ない津波など到底理解不可能ですね。
ありがとうございました。
いろいろ勉強になりました。
少し波の伝搬でも勉強してみようと思います。

回答No.7

kabo-cha

No.4です。
少々誤解させてしまいましたが、石鹸をちゃっぽんと入れるのは津波を視覚的に確認していただくためのたとえです。津波の速さは水深（正確には波高と水深の比）に比例します。速さを実感していただくには、その後の「おなら」のたとえのほうが正確かと思います。

なお、外洋を伝播する津波は、波長が数キロメートル以上に達し、一方で高さは数センチ～十数センチにとどまります。白波を立てているわけでもありません。肉眼ではもちろんのこと、衛星画像やＧＰＳなどを用いても外洋での津波はほとんど捉えられないと思います。
ほぼ唯一、水圧計でのみ、外洋を伝わる津波を観測することが出来ます（実際に津波の監視や予測に使われています）。

補足

・津波は見えない
津波関連の映画では、津波は高く見えてせいぜい数十km/時程度にしか
感じないのは映画の嘘・効果ですか？

・津波は見えない＝＞ 岩手・久慈港に1.2mの津波到着
これはどう説明できるのでしょうか？
（波高は、水深が関係していて沿岸でしか見えない？）

・M8.8の津波は、水圧計ではどのくらいの力を感じるのでしょうか？
その力で魚は影響を受けないのですか。

回答No.6

Yosha

>となりの海水を順次押し出しているイメージでしょうか？
>このあたりのイメージがわきません。

正確な理論ということでなく、あくまでもイメージとしてとらえることとして考えてみます。

波の伝わり方として端的なものを考えましょう。
ロング縄跳びのような、長いロープを張ります。　片方の端を固定しておき、他の端を一回上方にに動かし元の位置まで戻します。　横から見ると、ロープが波形の動きをしながら、固定しておいた方に向かって移動するのが見えます。　

端で動かしたロープの力がすぐ隣に伝わり、それがまたすぐ隣へ伝わる。　この時ロープは上下にしか動いていませんが、発生源の力はほとんど衰えることなく、進行方向に直角方向の波(縦波)の形ですぐ隣へ次々と伝えていきます。
この場合、最初の上下の動きが大きいほど大きな波の形を作り伝搬の速度も速いようです。

空気のような気体では、最初に加えた力が、気体を圧縮するという形ですぐ隣へ伝わります。　圧縮された気体は元へ戻ろうとし膨張します。　これが進行方向へ圧力の変化という形(疎密波)で伝搬されます。
この場合は、最初の圧力の変化の大小で伝搬速度には変化はないようです。　これは気体は圧縮という過程をとるため、伝搬する物質の圧縮の度合い(圧縮しやすいかどうか)で変化し、同一のものでは固有の一定の速度をとるようです。 (温度などの変化には影響されます)

海の波の場合は、上記の2つを合わせた形を考えればイメージしやすいと思います。
液体は、圧縮しないので、進行方向には疎密はとしては伝搬できませんが、少しの移動で同じような効果が得られると考えると納得がいきます。

つまり、海水は、上下と前後(局部的な)の海水の移動で伝搬しているといううことです。　言い換えると局部的に海水は円運動をしながら、そのエネルギーをすぐ隣へと伝えています。

しかし、津波のような波長の長いものは、上の説明では納得がいきません。　波の中で海水は円運動をしているならば、波長が長ければ、波の高さ(上下運動)も波長と同じくらいになることになりますし、前後の動きも波長と同じだけ移動するはずですが、実際にはそうなりません。

これは、海水という伝搬する媒体の性質のため、原理は同じでも短い波長の場合とは違う特殊な形に変化したと考えることになります。　
たとえば、水(海水)は、重力のためある程度以上の大きさの塊にはなりえないなど。　

津波は、波とは言っても、普通の波の形はしていません。　平均海面より高い(頭は平たん)部分(波長(数キロから数百キロ)の半分くらい)と低い部分(波長の半分くらい)とが交互にやってくる。

水槽の実験の画像から、水槽の端から水を押し出すとき、押し出し速度が遅い場合は、押し出す壁に接する所が波の山の頂点になりますが、ある程度以上早く押し出しても自重のため押し出す壁に接する所が波は比例して高くはならず(山の頂点とはならず)、前後方向に平たんな山の波として作られるのではと想像できます。　津波の波と同じです。

波長が長いため、津波は山は海水面の高いところの中ほど、谷はその海底面と考え(液体は圧縮できないので影響は海底面まで達すると)、そこに円を描いてみる(実際にはこのようには動いていないが、力の伝達という面でこのように想像してみる)。

海面の上昇は海底の深さと比較すると無視できるので、海底が深いほど円の大きさは大きくなり、波長も長くなり、伝搬速度も速くなる、浅いとこの逆になる。　

これで
>・どういう理屈で水平方向に高速に伝播するのか
>・なぜ深いほど早くなるのか
>・なぜ浅いと遅くなるのか
この疑問は解けると思います。

>・水平方向への水の移動の理屈（なぜ波が崩れる直前だけ海水は水平方向に動くのか）＝＞ニュートンの作用・反作用に反するのではないか？

「波が崩れる直前だけ海水は水平方向に動くのか」は、津波の性質でなく一般の波の性質で説明できます。

波長に比べて海底が深い場合は、波の中で海水は「円運動」をしていますが、海底が浅くなると、波の底の方が海底の摩擦で(円運動が阻害され)速度が低下するため上部の海水が追いついてき、ついには追い越して波頭は砕ける。

一見海水が移動して崩れるように見えますが、この間も海水は円運動から楕円に近い動きをしているだけで、それ以上の移動はしておりません。　
浸かっているサーファーをみるとわかるように、大波が来ても移動はせず、ただ波で上下されています。　ただ波頭が砕けるときにはその力で押されはますが...。　
ボードに乗っているときは、海水面の傾斜の中を滑り落ちてながらプレイしています。

陸上に上がった波の先端は、後から補給される海水が広まっていくことなので、海の中の波の挙動とは無関係です。

補足

何度も読んだが意味不明でイメージが混乱しました。
円運動？？？
文章では理解不可能で、ビデオが必須と思います。
初心者にもイメージが理解できるように
youtube等でイメージが分かるデータを公開してほしいです。
気象庁あたりに期待したい。
ちょっとぼけた中年でも分かるようにしてほしいです。
しかし、津波は気象庁予測では最大３ｍが実際は約1.2m程度であり、
到着時刻もいまいちだったので、
予測が当たらない＝＞原理的に正確に解明できていない＝＞正確に国民に情報を伝えられない＝＞更に研究・改善必要
ということですかね。
結局、気象庁の情報は概念的であり、十分な情報ではないですね。

回答No.5

fisker

波が海を伝わるとき、海水は水平方向には動きません。水面近くのある塊に注目すれば、上下にゆっくり動くだけです。その動きが水平方向に伝播し、そのスピードは海が深いほど早く、深海域ではジェット旅客機並の秒速200mにもなります。つまり、先程注目した塊の200mほど先では1秒遅れで同じようにゆっくり上下に動くことになります。
津波が浅瀬に近づくと、伝播速度は遅くなり、波高が高くなります。この時点でもまだ水平方向の水の移動はありません。波が岸の近くで崩れるとき、初めて水平方向の流れが生じるのです。波に乗ってサーフィンのように移動できるのは、波が崩れる直前だけです。
波について詳しく勉強したければ、大学で水理学や波の力学等を履修すればイヤと言うほど勉強出来ます。私はイヤになりましたが、ちゃんと勉強すれば面白いと思いますよ。

補足

分からないこと
・どういう理屈で水平方向に高速に伝播するのか
・なぜ深いほど早くなるのか
・なぜ浅いと遅くなるのか
・水平方向への水の移動の理屈（なぜ波が崩れる直前だけ海水は水平方向に動くのか）＝＞ニュートンの作用・反作用に反するのではないか？

回答No.4

kabo-cha

一般的な海の波では、海水は上下にしか動きません。海水浴に行って浮き輪でしばらく浮かんでいたことはありませんか？ひっきりなしに波を受けているのに、自分が岸に打ち上げられることはありませんね。これは海水が上下にしか動かないため、自分も上下にしか動かないためです。

では津波はというと、横方向に動きます。インドネシアのスマトラの津波でも、津波に飲まれた住民がはるか遠くから、あるいははるか遠くへ流されていくというショッキングな画像が放送されていました。この違いはなんでしょう？
まず海を想像してください。波浪のない、見渡す限り真平らの水面です。
そこで突然、海底100km四方を一瞬で高さ１ｍ持ち上げてみます。すると100km四方にわたって、水面も１ｍ持ち上がるのが想像できるでしょう。
しかし次の瞬間、地球の重力によって（つまり水面が平らになろうとする力によって）持ち上がった水は前後左右に流れ出していきます。流れた先でも、水はさらに低いところを目指してより遠くへ流れていきます。これが津波です。

お風呂で体験してみるなら、お湯をふうふう吹いて起きる波が普通の海の波。浴槽に石鹸を落としてしまったときに生じる波が津波です。
津波の早さも理解できます。あまり綺麗な話ではないですが、お風呂でおならをしたとします。お尻から泡が出た瞬間というのは、上のたとえの「海底100km四方を一瞬で高さ１ｍ持ち上げてみます」と同じ状況です。この瞬間（お尻から泡が出た瞬間ですよ。泡が水面に達したときではないですよ）、お尻の真上では、おならの泡の大きさだけ水面がぽこっと高くなっています。でもそんなの気付きませんよね？なぜなら、おならの泡の形をした水面の膨らみは、目にもとまらぬ速さでまわりに広がってしまうからです。これと同じくらい、津波は早くまわりに伝わっていってしまうわけです。

補足

「浴槽に石鹸を落としてしまったときに生じる波が津波です。」
＝＞この波が約708km/時（ジェット機並み）で移動することが
どうしてもイメージできません。
せいぜい数十km/時程度に感じるはずです。
どうすればこんなに高速に伝播できるのか、
また、
約708km/時を目で見たら一体どう見えるのですか？
なぜTV等でこの伝播する波を中継しないのか、
中継できれば大スクープと思うが。。。＝＞実際は見えないのですか？

回答No.3

suiton

>となりの海水を順次押し出しているイメージでしょうか？
>何かイメージのわかるURLをおしえてほしいです。

一番簡単なのは、今晩お風呂で波を起こしてみてください。
水は移動していないのに、波だけが伝わっていく様子がはっきり分かりますよ。

補足

約708km/時の波（高さ1.2m）が日本沿岸に届いたとするとものすごい破壊力になるはずである。
なぜなら車では40km/時でも人は死ぬ。
でも実際はTV報道でもそんな破壊力は感じなかった。
このあたりのイメージがわきません。
これは一体どういうことでしょうか？

回答No.2

suiton

海水は移動していません。
波動が伝わるだけです。空気中の音波と同じような原理です。

補足

どうもイメージがわきません。
実際に海水が1.2m到着したという事実を考えると、
音波で風はおきないので、
「海水は移動していない」「波動として伝わる」＝＞すなわち、
となりの海水を順次押し出しているイメージでしょうか？
何かイメージのわかるURLをおしえてほしいです。