Tsunami eroaa tavallisista tuulen synnyttämistä aalloista siten, että se saattaa meren vesimassan liikkeelle koko syvyydeltään, kun taas tuuliaaltojen vaikutus rajoittuu vain ylimpään pintakerrokseen. Tsunamien aallonpituudet ja nopeudet ovat myös huomattavasti isommat: aallonpituus kymmenistä satoihin kilometreihin sekä nopeus avomerellä 500–900 km/h. 1900-luvulla tsunamit vaativat yli 100 000 kuolonuhria, ja yksin joulukuun 2004 tsunamionnettomuus Intian valtamerellä aiheutti yli 250 000 ihmishengen menetyksen.
Jos olet matkustamassa alueille, joilla tsunameja esiintyy, on hyvä tutustua tsunamitilanteiden varalle laadittuihin ohjeisiin jo etukäteen. Löydät tsunamiohjeen verkkosivujemme Ohjeita matkailijoille -sivulta.
Tsunami syntyy, kun meressä oleva vesipatsas saatetaan epätasapainoon. Tähän vaaditaan pystysuuntainen merenpohjan liike. Tsunamit syntyvät yleisimmin laattarajojen subduktiovyöhykkeillä, joissa Maan pinnan peittävät litosfäärilaatat työntyvät toistensa alle – merellinen laatta mantereisen laatan alle tai merellinen toisen merellisen laatan alle. Kuvassa 1a merellinen laatta A työntyy toisen merellisen laatan B alle samalla taivuttaen laatan B reunaa mukanaan. Laatan B reunaan syntyy jännitystila. Kun tämä jännitystila äkillisesti purkautuu ja laatan B reuna ponnahtaa nopeasti takaisin ylöspäin (Kuva 1b), syntyy maanjäristys. Laatan B ylöspäin nouseva reuna nostaa samalla yläpuolellaan olevaa vesimassaa, johon syntynyt epävakaa tila (potentiaalienergian kasvu) pyrkii tasoittumaan (muuttumaan liike-energiaksi), mikä aiheuttaa aaltosarjan liikkeellelähdön.
Vaikka syntyvän tsunamin koko riippuu merenpohjan liikkeen määrästä, ei maanjäristyksen koko (magnitudi) suoraan kerro mahdollisesti syntyvän tsunamin kokoa. Syntyvän tsunamin koko riippuu myös maanjäristyksen syvyydestä sekä sen mekanismista eli siitä, miten maanjäristyksen energia jakaantuu pystysuoraan ja vaakasuoraan liikeeseen. Tämän takia mahdollisen tsunamin koon arvioiminen nopeasti maanjäristyksen jälkeen sisältää epävarmuutta.
Tsunami voi syntyä myös merenalaisen maanvyörymän aiheuttamana (Kuva 2a). Liikkeelle lähtevän maamassan yläpuolella oleva vesipatsas vajoaa alaspäin, kun taas vieressä oleva vesipatsas – jonka kohdalle maamassa vajoaa – joutuu koholle (Kuva 2b). Vajoama ja kohoama pyrkivät tasoittumaan ja aiheuttavat samalla tsunamin. Merenalaiset maanvyöryt esiintyvät yleensä mannerrinteillä, joilla mannerjalusta vaihettuu syvänmeren tasanteeksi, sekä alueilla, joilla sedimentin kertyminen meren pohjalle on merkittävää – esimerkiksi suurten jokien delta-alueilla. Vaikka maanjäristys itsessään ei synnyttäisi tsunamia, se saattaa laukaista tsunamin aiheuttavan maanvyöryn. Tämänkin takia tsunamien synnyn ennakointi on hankalaa.
Maanjäristysten ja maanvyöryjen lisäksi tsunameita voi aiheuttaa vulkaaninen toiminta: tulivuoren purkauksesta syntyvän materiaalin syöksyminen mereen, tulivuoren romahtaminen purkauksen jälkeen tai tarpeeksi suuri merenalainen purkaus.
Tsunameja esiintyy kaikilla isoilla merillä ympäri maapallon johtuen niiden monimuotoisista syntytavoista. Tsunamien yleisyys Tyynellämerellä johtuu Tyyntämerta ympäröivästä nk. tulikehästä, eli Tyyntämerta ympäröivistä lukuisista subduktiovyöhykkeistä, saarikaarista ja tektonisesti aktiivisista vuoriketjuista. Yksi suurimmista tunnetuista tsunameista ja maanvyöryistä tapahtui noin 8 200 vuotta sitten kuitenkin Norjan länsirannikon edustalla. Arviolta 3 500 km3 merenpohjan materiaalia lähti liikkeelle aiheuttaen valtavan tsunamin, joka Norjan rannikolla maalle saapuessaan nousi ainakin 20 metrin korkeuteen. Myös vaikutuksiltaan paikallisiksi jäävät tsunamit ovat mahdollisia alueilla, joilla rantatörmä on jyrkkä (esimerkiksi vuonot) ja joilla suuret maanvyörymät mereen ovat mahdollisia. Näiden aiheuttama tuho voi paikallisuudestaan huolimatta olla huomattavaa.
Tsunamin synnyttyä se etenee avoimella valtamerellä suunnilleen nopeudella 500–900 km/h. Nopeus on riippuvainen meren syvyydestä, ja se voidaan arvioida likimäärin kaavalla v = (gh)1/2, missä v on aallon nopeus (m/s), g on painovoiman kiihtyvyys (n. 9,8 m/s2) ja h on meren syvyys (m). Näin aallon nopeudeksi tulee n. 500 km/h, kun meren syvyys on 2 km, ja n. 900 km/h, kun meren syvyys on 6 km. Johtuen tästä nopeuden syvyysriippuuvudesta tsunamiaallot taittuvat poispäin syviltä alueilta ja kohti matalampia alueita. Aallot voivat siten kiertää suuriakin maa-alueita, eivätkä niemimaan tai muun esteen takana olevat alueet (tsunamin syntypaikasta katsottuna) ole välttämättä suojassa tsunamilta. Syvyysriippuvuuden avulla voidaan kuitenkin myös ennustaa tsunamien kulkureittejä valtamerialueilla, joilta on tarkkoja tietoja pohjanmuodoista.
Oheisessa animaatiossa Intian valtameren tsunamista 2004 (NOAA, Pacific Tsunami Warning Centre) näkyy, miten aalto taittuu Sri Lankan taakse, ja osuu myös näennäisesti suojassa olevan Intian rannikon osalle.
Tsunamien aallonpituudet (matka aallonharjalta perässä seuraavan toisen aallon harjalle) avomerellä ovat kymmenistä satoihin kilometreihin, ja niiden aallonkorkeus on senttimetriluokkaa, enimillään noin metrin. Tämän takia tsunamit ovat avomerellä huomaamattomia – koko kymmenien tai jopa satoja kilometriä pitkän aallon täytyy kulkea ohitse, jotta se muuttaisi merenpinnan korkeutta muutamalla kymmenellä senttimetrillä –, ja ne peittyvät usein tavallisten tuuliaaltojen vaikutuksen alle. Vaikka tsunamien aallonkorkeus avomerellä voi vaikuttaa vaatimattomalta, on niihin kuitenkin varastoitunut valtava määrä energiaa, sillä vesimassa koko syvyydeltä on saatettu liikkeeseen.
Aallon vaimenemisen nopeus on kääntäen verrannollinen sen aallonpituuteen. Tämän takia tsunamiaaltojen vaimeneminen on moninkertaisesti hitaampaa kuin tavallisten tuuliaaltojen, joiden aallonpituus valtamerillä on sadan metrin luokkaa. Isojen maanjäristysten aiheuttamat tsunamiaallot voivatkin ylittää kokonaisia valtameriä alle vuorokaudessa.
Tsunamin saapuessa valtamereltä matalampaan veteen – ensin mannerjalustalle ja sitten rantaveteen – sen nopeus laskee edellä mainitun nopeusriippuvuuden periaatteen mukaisesti. Edellä kulkevat aallot hidastuvat ensin, perässä tulevat aallot saavuttavat niitä, ja tsunamin aallonpituus lyhenee. Tällöin tsunami ikään kuin puristuu kasaan, jolloin aaltojen korkeus kasvaa. Vaikka tsunamin nopeus hidastuu, on se edelleen kymmeniä kilometrejä tunnissa (esimerkiksi 50 m syvässä vedessä vielä noin 80 km/h). Tsunamiaaltoa ei siis juoksemalla pääse karkuun.
Jos edellä kulkevat aallot hidastuvat tarpeeksi, voivat perässä tulevat aallot saavuttaa ne kokonaan, jolloin aallot yhdistyvät. Tämä saattaa nostaa aallon korkeutta ja jyrkkyyttä niin, että aalto saapuu vesiseinänä, isona "surffiaaltona" rantaan (engl. bore). Yleisemmin tsunamiaalto saapuu kuitenkin rantaan loivana, vuoroveden kaltaisena tulva-aaltona, mutta huomattavasti nopeampana ja korkeampana. Tsunamin aiheuttamat vahingot maalla perustuvat sen synnyttämiin voimakkaisiin virtauksiin, jotka kuljettavat mukanaan isojakin tavaroita aiheuttaen huomattavia lisävahinkoja. Aallon vetäytyessä takaisin mereen kulkeutuu sen mukana paljon tavaraa ja myös ihmisiä pitkällekin merelle.
Tsunamien "run-up" -korkeudet (korkeus korkeimman normaalivuoroveden pinnasta tsunamin tavoittamaan korkeimpaan pisteeseen maalla) voivat olla korkeimmillaan jopa 30 metriä. Tsunamiaallon run-up -korkeuteen vaikuttaa myös maanpinnan muoto rannikolla. Jyrkillä rannoilla tsunamiaalto ei pääse etenemään yhtä pitkälle ja korkealle kuin loivasti nousevilla rannoilla. Tsunamin ulottuvuus sisämaahan on usein satoja metrejä, alavilla mailla jopa kilometrejä. Tämän takia tsunamin vaikutus rannalla vaihtelee hyvin paljon paikallisesti.
Tsunamin pitkän aallonpituuden vuoksi aaltosarjan yksittäisten aaltojen saapumisajassa rannalle on yleensä pitkä väli. Rannalle voi saapua useampi aalto usean tunnin aikana, eikä ensimmäinen aalto välttämättä ole suurin. Lisäksi tsunami saattaa heijastua rannoilta sekä synnyttää rantaviivan suuntaisesti edestakaisin kulkevia aaltoja. Tsunamin monimutkaisen käyttäytymisen vuoksi on tärkeää pysytellä turvallisen etäisyyden päässä rannasta vielä tuntienkin päästä ensimmäisen aallon jälkeen.
Tsunamin tulon sanotaan olevan ennustettavissa meren huomattavasta vetäytymisestä vähän ennen aallon saapumista. Todellisuudessa meren pinta saattaa tsunamin edellä yhtä hyvin nousta kuin laskea riippuen siitä, mikä osa aaltoa saapuu rannalle ensimmäisenä.
Huhtikuun 1. päivänä 1946 tapahtui Aleuteilla Alaskan lounaispuolella magnitudin 7,8 maanjäristys, joka aiheutti yli Tyynenmeren pyyhkäisseen tsunamin. Lähes viisi tuntia syntynsä jälkeen se saapui Havaijille, nousi maalla yli 8 metrin korkeuteen ja aiheutti 26 miljoonan dollarin vahingot sekä 159 kuolonuhria. Vahinkoja raportoitiin Alaskasta, Brittiläisestä Kolumbiasta, Washingtonin osavaltiosta, Oregonista, Marquesassaarilta sekä Chilestä. Tapahtuneen jälkeen perustettiin Havaijille ensimmäinen Tyynenmeren varoitusjärjestelmä tsunamien varalle (Pacific Tsunami Warning Center).
Chilessä tapahtui 22. toukokuuta 1960 suurin instrumentein mitattu maanjäristys (magnitudi 9,4–9,6), joka aiheutti koko Tyynenmeren yli yltäneen tsunamin. Toinen suuri järistys, joka myös aiheutti pitkälle yltäneen tsunamin, tapahtui Alaskassa 1964 (magnitudi 9,2), minkä jälkeen perustettiin toinen varoitusjärjestelmä, Alaskaan vuonna 1967 (West Coast & Alaska Tsunami Warning Center). Havaijin varoituskeskus antaa tarpeen tullen varoituksen suurista tsunameista useimmille Tyynen valtameren rannikkoalueille lukuunottamatta Alaskaa ja Yhdysvaltain länsirannikkoa, jotka kuuluvat Alaskan varoituskeskuksen toiminta-alueeseen. Vuonna 2013 Alaskan varoituskeskus muutti nimensä, ja siitä tuli Yhdysvaltain kansallinen tsunamivaroituskeskus (National Tsunami Warning Center).
Varoitusjärjestelmät pystyvät yleensä ennustamaan tsunamin saapumisajan melko tarkasti, mutta niiden koon, ja vastaavasti sisämaahan ulottuvuuden, arvioiminen on huomattavasti vaikeampaa. Varoitusjärjestelmän toiminta Tyynenmeren alueella perustuu alueella tapahtuvien suurten maanjäristysten nopeaan havaitsemiseen ja paikantamiseen sekä tsunamien synnyn valvontaan merenpinnan korkeusvaihteluita tarkkailemalla. Tarkoituksena on tarjota reaaliaikaista tsunami-informaatiota tsunamien aiheuttamien tuhojen minimoimiseksi. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi alueelle on perustettu kattava seismisten asemien verkko sekä merenpinnan korkeusvaihteluita tarkkaileva verkko. Lisäksi alueella on osittain käytössä merenpohjan painevaihteluita mittaava verkosto, jonka avulla on mahdollista havaita jopa puolen senttimetrin korkuinen tsunami kuusi kilometriä syvässä vedessä (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART)).
Tietyn koon ylittävä maanjäristys laukaisee hälytyksen seismisten asemien verkossa. Hälyttimen laukaisin on asetettu siten, että keskimäärin magnitudia 6,5 suuremmat maanjäristykset Tyynenmeren alueella aiheuttavat hälytyksen. Tällöin rekisteröinnit analysoidaan välittömästi ja lähetetään eteenpäin varoituskeskukseen. Kun maanjäristys on paikannettu ja magnitudi määritetty, jatkotoimista päätetään varoituskeskuksessa. Jos alustavat tiedot antavat olettaa tsunamin mahdollisesti syntyneen, annetaan alueella ensimmäinen varoitus. Tämän jälkeen varoituskeskuksessa tarkastetaan merenpinnan korkeusvaihteluita rekisteröivien asemien havainnot läheltä maanjäristyksen episentriä. Jos aineisto osoittaa tsunamin syntyneen, uusi tsunamivaroitus annetaan tämän aineiston pohjalta. Mikäli aineisto osoittaa, ettei tsunamia ole syntynyt, aiemmin annettu varoitus perutaan.
Joillakin alueilla Tyynenmeren ympäristössä toimii koko Tyynenmeren alueen kattavan varoitusjärjestelmän lisäksi paikallisia varoitusjärjestelmiä (mm. Ranskan Polynesiassa, Japanissa, Venäjällä, Chilessä ja Yhdysvalloissa). Jos tsunamin aiheuttava maanjäristys tapahtuu lähellä rannikkoa, tsunami saattaa iskeytyä rannikolle vain joitakin minuutteja tai kymmeniä minuutteja järistyksen jälkeen. Yleisesti koko alueen kattavan varoitusjärjestelmän seismisen ja muun aineiston analysoimiseen kuluva aika on niin pitkä, ettei sen puitteissa ole mahdollista suojella alueita, jotka ovat hyvin lähellä tsunamin lähdettä. Yleensä paikalliset varoitusjärjestelmät perustuvat maanjäristyshavaintoihin. Varoitus annetaan välittömästi paikallisen maanjäristyksen jälkeen ilman varmaa tietoa mahdollisesta tsunamin synnystä.
Intian valtameren tsunamin (26.12.2004) aiheuttama kuolonuhrien määrä olisi todennäköisesti ollut huomattavasti pienempi, jos alueella olisi ollut käytössä toimiva varoitusjärjestelmä. Syy varoitusjärjestelmän puuttumiseen Intian valtamereltä oli kuitenkin historiallisesti katsoen luonnollinen. Intian valtameren alueella ei ollut Krakataun purkauksen 1883 jälkeen koettu laaja-alaista tsunamin aiheuttamaa tuhoa, eikä varoitusjärjestelmä ole siis aiemmin ollut alueen maiden hankintajärjestyksissä etusijalla (ks. Etelä-Aasian suuret tsunamit). Lisäksi alueen valtiot olivat edellisten vuosikymmenten aikana kamppaileet vakavampienkin ongelmien (köyhyys, sodat ja vakavat tartuntataudit) kanssa. Jos varoitusjärjestelmä olisi ollut käytössä, olisi se todennäköisimmin pelastanut henkiä erityisesti niillä alueilla, joille tsunamiaallot saapuivat muutamia tunteja maanjäristyksen jälkeen. Intian valtameren maanjäristyksen ja tsunamin jälkeen varoitusjärjestelmää alettiin suunnitella ja rakentaa UNESCOn koordinoimana. Varoitusjärjestelmä saatiin valmiiksi ja käyttökuntoon vuoden 2006 kesällä.
Käynnissä oleva International Early Warning Programme -ohjelma pyrkii varoitusjärjestelmien kehittämiseen kattavasti kaikille maailman merille ja globaalin varoitusjärjestelmän rakentamiseen. UNESCOn alaisuudessa toimiva IOC (Intergovernmental Oceanographic Commission) on saanut tehtäväkseen tehtäväksi avustaa jäsenvaltioitaan kehittämään varoitusjärjestelmiään.
Pohjois-Amerikka ja Tyynen valtameren alue
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) on Yhdysvaltojen Kansallinen Merentutkimus- ja Ilmakehäntutkimuslaitos. NOAAn alainen Yhdysvaltain kansallinen sääpalvelu NWS (National Weather Service) operoi kahta tsunamivaroituskeskusta, NTWC:tä ja PTWC:tä.
Karibianmeri
CTWP (Caribbean Tsunami Warning Program) ylläpitää Karibian alueen tsunamivaroitusjärjestelmää.
Intian valtameri
IOTIC (Indian Ocean Tsunami Information Center) ylläpitää tsunamivaroitusjärjestelmää Intian valtameren alueella:
Välimeri ja Atlantin valtameri
NEAMTIC (North-Eastern Atlantic and Mediterranean Tsunami Information Centre) ylläpitää Välimeren ja Atlantin valtameren alueen tsunamivaroitusjärjestelmää.