Modellprojektioner av våghöjder från jordbävningen i Japan i fredags. Bild från NOAA. Klicka på bilden för högre upplösning.
Jordbävningen med magnituden 8,9 som drabbade Japans huvudö på östkusten den 11 mars 2011 satte igång en våldsam tsunami som kan ha krävt tusentals människoliv och skickade tsunamivarningar över hela Stillahavsområdet, tusentals kilometer bort från skalvets epicentrum. Hur utlöser jordbävningar sådana enorma tsunamihändelser, och hur kan forskare förutsäga var dessa massiva vågor kan resa? Universe Today pratade med Anne Sheehan, som är professor i geologiska vetenskaper vid University of Colorado i Boulder, och som också är knuten till Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences, samt att hon fick synpunkter från David Admiraal, docent i ingenjörsvetenskap vid University of Nebraska Lincoln.
Universum idag: Hur utlöser en jordbävning en tsunami?
David Admiraal:Tsunamis bildas när du har en jordbävning, och när det sker en förskjutning i havets botten som orsakar förskjutning av vattnet, och den förskjutningen gör att en våg bildas.
UT: Måste en jordbävning vara av en viss storlek för att orsaka en tsunami?
Anne Sheehan:Det beror på var det är mer än magnituden. Det måste vara något som tränger undan havsbotten – en stor jordbävning i Colorado kommer till exempel inte att orsaka en tsunami. Och ibland finns det jordbävningar som orsakar en stor tsunami, och jordbävningarna är inte så stora - de råkar bara vara sådana som har flyttat mer havsbotten. Så det finns ingen hård och snabb magnitudgräns, men den måste ske under havet och måste flytta havsbotten vertikalt - om den flyttar den från sida till sida spelar det inte så stor roll.
UT: Hur snabbt färdas tsunamivågor?
Sheehan:De färdas cirka 800 km i timmen, (500 miles per timme). Det verkar snabbt, men jämfört med en seismisk våg är det långsamt. Det sägs att tsuanmis färdas i hastigheten för ett jetplan, men det tar fortfarande timmar och timmar att flyga från Tokyo till Hawaii, och det tog cirka 7 timmar för tsunamin att nå Hawaiis stränder, vilket är bra eftersom det ger människor tid att evakuera och förbereda sig. Men det är ändå en snabb hastighet för att resa på havet, och det kan färdas så snabbt på grund av havets djup.
Hastigheten för seismisk våg, P-vågen (eller primärvåg, som är den snabbaste typen av seismisk våg) är cirka 8 km per sekund, eller 30 000 km per timme. Så det är ganska mycket snabbare, och det kan ta bara minuter för den seismiska vågen att resa samma sträcka.
UT: Hur skiljer sig tsunamier från normala vågor vi har i havet?
Sheehan:De är olika eftersom de inte har en topp och en dal som är bråkdelar av sekunder långa. Med tsunamier är toppen och dalgången cirka 15 minuter långa. Storleken på vågen är enorm – även om dess amplitud eller höjd inte är mycket större än vad du skulle hitta när du surfar, men det finns en hel vägg av vatten som går ut bakom den i 15 minuter i havet . Det kanske inte är märkbart från ytan - det kan bara vara en liten stigning på ytan. För fartyg på haven är vågorna knappt märkbara, men i hamnar kan de kastas runt en hel del.
Amiral:Så i havet kanske du bara har en liten höjning i ytan, men stigningen innehåller mycket energi. När den kommer till stranden, där havet är grundare, så minskar våglängden mycket eftersom vågens hastighet minskar. Och när den främre änden av vågen saktar ner när den träffar grundare vatten och den korta, färdas den främre änden mycket långsammare än den bakre änden och så den bakre änden av vågen kommer ikapp den främre änden och vågen börjar utvecklas en hög amplitud. När den når de mycket grunda djupen där den går sönder, och bakändan kommer ikapp framänden, kan höjden vara så hög att den kan orsaka skada på allt på landytan som ligger intill havet.
Sheehan:Skillnaden mellan tsunami och en havsvåg är att en tsunami är som en hel flod som dyker upp –– en tsunami är som en klass 4-fors som bara dyker upp och helt plötsligt har du en flod av vatten som inte fanns där innan.
UT: Varför kan höjden på tsunamivågorna inte förutsägas mycket väl innan de når stranden?
Sheehan:Även om vi kan förutsäga hastigheten och riktningen ganska bra, kan höjden på en given plats vara ganska svår att förutsäga.
Det finns DART-bojar (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) i havet och på havets botten för att mäta havsbottentrycket, och det mäter tsunamin för att se hur stora de är, och de har modeller för att förutsäga vad amplituderna kommer att vara. Sätt att förbättra övervakningen skulle vara att ha fler bojar och mer detaljerade kartor över havsbotten, eftersom mönstren i havsbottentopografin har stor effekt på hur vågorna kan fokusera. Så det är något som NOAA aktivt arbetar med för USA och dess territorier. Om du har en bättre havsbottenkarta har du en bättre uppskattning av tsunamimodellen och om du har mer data från vågorna ute i det öppna havet får du en bättre höjduppskattning också.
Dessutom, för att förutsäga en efterföljande tsunami, att ha data om själva jordbävningen - att få dess epicentrum lokaliserat och att veta dess storlek så exakt som möjligt spelar en stor roll, och USGS spelar en stor roll för att få ut den informationen så snabbt som möjligt.