Japania 11. maaliskuuta 2011 koetellut 9,0 magnitudin Tohoku-Oki-järistys, jossa kuoli yli 15 000 ihmistä ja joka aiheutti tuhoisan tsunamin, josta maa yrittää yhä toipua, herätti paljon huolestuttavia kysymyksiä. Esimerkiksi, mikä teki näin voimakkaan maanjäristyksen mahdolliseksi, ja voisiko se tapahtua uudelleen Japanissa tai jossain muualla?
Kansainvälinen tutkijaryhmä, joka porautui kilometrien päähän Tyynen valtameren pohjaan ja maanjäristyksen vyyhtiin, on nyt saanut vastauksia näihin kysymyksiin, ja he raportoivat havainnoistaan tänään Science-lehdessä julkaistussa kolmikossa.
Vuonna 2011 tapahtuneen järistyksen epikeskus oli epätavallisessa paikassa, noin 130 kilometriä itään Sendaista, Japanissa, maan pohjoisrannikon tuntumassa. Tällä alueella, joka on subduktiovyöhyke, Tyynenmeren mannerlaatta sukeltaa Euraasian mannerlaatan alle. Voimakkaat maanjäristykset ovat täällä mahdollisia, mutta tutkijat eivät olleet uskoneet, että energia riittäisi 7,5 magnitudia suurempaan järistykseen. He olivat väärässä, ja he ovat olleet kiinnostuneita selvittämään lisää siitä, mikä sai vian tuottamaan näin suuren järistyksen.
Tohoku-Okin vuoden 2011 maanjäristyksen epikeskus oli Pohjois-Japanin itärannikon edustalla. Image via USGS
Hieman yli vuosi maanjäristyksen jälkeen syvänmeren porausalus Chikyu sai tehtäväkseen porauksen Japanin rannikon edustalla olevaan ruhjeeseen ja lämpötilahavainnointilaitteen asentamisen. Mittaamalla maanjäristyksen jälkeisen ruhjeen lämpötilan tutkijat voivat mitata, kuinka paljon energiaa järistyksessä vapautui, ja laskea ruhjeen kitkan – kuinka helposti kivet hankautuvat toisiaan vasten.
”Yksi tapa tarkastella näiden suurten lohkareiden kitkaa on verrata niitä maastohiihtosuksiin lumella”, tutkimuksen toinen kirjoittaja ja Oregonin osavaltionyliopistossa työskentelevä geofyysikko Robert Harris sanoi lausunnossaan. ”Lepotilassa sukset tarttuvat lumeen, ja tarvitaan tietty määrä voimaa, jotta ne liukuisivat. Kun se tapahtuu, suksen liike tuottaa lämpöä ja liikkeen jatkamiseen tarvitaan paljon vähemmän voimaa….. Sama tapahtuu maanjäristyksessä.”
Lämpötilamittauksen saaminen oli hankalaa. Chikyu-tiimin oli porattava 850 metriä merenpohjaan, joka puolestaan oli 6900 metriä merenpinnan alapuolella. He joutuivat kamppailemaan huonon sään kanssa, ja itse murtuma oli edelleen siirtymässä, mikä vaaransi instrumentit.
Vaikea työ kannatti kuitenkin, ja se paljasti maanjäristyksen jäännöslämmön, jonka perusteella tutkijat pystyivät laskemaan murtuman kitkan, joka oli hyvin alhainen. Lopputulos: ”Tohokun vika on liukkaampi kuin kukaan odotti”, sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja, Kalifornian yliopiston Santa Cruzin geofyysikko Emily Brodsky toisessa lausunnossaan.
Vian liukas luonne auttaa selittämään joitakin vuoden 2011 järistyksen piirteitä. Särö liukui ennennäkemättömät 50 metriä, ja syvällä maan alla alkanut repeämä saavutti pinnan, jossa se aiheutti äkillisen häiriön meressä ja laukaisi tsunamin.
Poraukset ja laboratoriokokeet paljastivat myös toisen ominaisuuden, joka teki säröstä niin vaarallisen. Alhainen kitka johtuu vian sisällä olevasta uskomattoman hienosta savisedimentistä. ”Se on liukkainta savea, mitä voi kuvitella”, sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja Christie Rowe, geologi McGillin yliopistosta, lausunnossaan. ”Jos sitä hieroo sormiensa välissä, se tuntuu voiteluaineelta.” Muuten Tyynenmeren ja Euraasian laattojen välinen alue, joka kokee liukumista, on myös hyvin ohut, alle viiden metrin levyinen, mikä tekisi siitä planeetan ohuimman tunnetun rikkonaisuusvyöhykkeen.
Maajäristyksen lämpösignaalin mittaaminen oli ensimmäinen kerta tieteessä. ”Se oli merkittävä saavutus”, Harris sanoi, ”mutta on vielä paljon sellaista, mitä emme vielä tiedä”. Tutkijat eivät esimerkiksi vielä tiedä, kuinka yleistettävissä nämä tulokset ovat muihin subduktiovyöhykkeisiin eri puolilla maailmaa tai mikä vaikutus vikavyöhykkeiden ohuudella on maanjäristysvaaraan. Tästä huolimatta kairaustulokset ”viittaavat siihen, että Japanin kaivannon matalalla megathrustilla on erityispiirteitä, joita ei ole nähty monilla muilla subduktiovyöhykkeillä”, Kelin Wang Natural Resources Canadasta ja Masataka Kinoshita Japanin meri- ja maaperätieteiden ja -teknologian virastosta (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology) – virasto, joka hallinnoi Chikyu-tutkimusaluetta – kirjoittivat liitteenä olevassa Perspectives-artikkelissa.
Samankaltaiset olosuhteet voivat olla harvinaisia, mutta niitä esiintyy joissakin paikoissa pohjoisella Tyynellämerellä, kuten Kamtšatkan niemimaalla Venäjällä ja Aleuttien saarilla Alaskassa, huomauttaa Rowe. ”Syvänmeren poraukset osoittavat, että näillä alueilla on samaa tavallisesti liukasta savea, joka alensi kitkaa Japanin särmässä.”
Mutta sen tosiasian, että Japanin särmän epätavalliset olosuhteet voivat olla harvinaisia, ei pitäisi rauhoittaa tiedemiehiä tai suurta yleisöä, Wang ja Kinoshita sanovat. Tällainen valtava, matala liukuma ei ole välttämätön tuhoisan tsunamin syntymiselle, eikä se aiheuttanut vuoden 2010 Chilen tsunamia, joka tuhosi 370 000 kotia, eikä vuoden 2004 Intian valtameren tsunamia, joka tappoi lähes 230 000 ihmistä. ”On vaikea sanoa, miten yleistettävissä nämä tulokset ovat, ennen kuin tarkastelemme muita vikoja”, Brodsky lisäsi. ”Mutta tämä luo pohjan maanjäristysten paremmalle ymmärtämiselle ja viime kädessä paremmalle kyvylle tunnistaa maanjäristysvaarat.”
Japaniin 11. maaliskuuta 2011 iskenyt 9,0 magnitudin Tohoku-Okin maanjäristys, joka tappoi yli 15 000 ihmistä ja aiheutti tuhoisan tsunamin, josta maa yrittää yhä toipua, herätti paljon huolestuttavia kysymyksiä. Mikä esimerkiksi mahdollisti näin voimakkaan maanjäristyksen, ja voisiko se tapahtua uudelleen Japanissa tai muualla? Kansainvälinen tutkijaryhmä, joka porautui kilometrien päähän Tyynen valtameren syvyyteen ja maanjäristyksen syyhyn, on nyt saanut vastauksia näihin kysymyksiin, ja he raportoivat havainnoistaan tänään Science-tiedelehdessä julkaistussa artikkelikolmikossa. Vuoden 2011 järistyksen epikeskus oli epätavallisessa paikassa, noin 130 kilometriä Sendain itäpuolella Japanissa, aivan Japanin pohjoisrannikon tuntumassa. Tällä alueella, joka on subduktiovyöhyke, Tyynenmeren mannerlaatta sukeltaa Euraasian mannerlaatan alle. Voimakkaat maanjäristykset ovat täällä mahdollisia, mutta tutkijat eivät olleet uskoneet, että energia riittäisi 7,5 magnitudia suurempaan järistykseen. He olivat väärässä, ja he ovatkin olleet kiinnostuneita selvittämään tarkemmin, mikä sai vian tuottamaan näin suuren järistyksen. Vuoden 2011 Tohoku-Oki-järistyksen epikeskus oli Pohjois-Japanin itärannikolla. Kuva USGS:n kautta Hieman yli vuosi maanjäristyksen jälkeen syvänmeren porausalus Chikyu sai tehtäväkseen porautua Japanin rannikon edustalla olevaan ruhjeeseen ja asentaa sinne lämpötilahavainnointilaite. Mittaamalla maanjäristyksen jälkeisen ruhjeen lämpötilan tutkijat voivat mitata, kuinka paljon energiaa järistyksessä vapautui, ja laskea ruhjeen kitkan – kuinka helposti kivet hankautuvat toisiaan vasten. ”Yksi tapa tarkastella näiden suurten lohkareiden kitkaa on verrata niitä maastohiihtosuksiin lumella”, sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja ja Oregonin osavaltionyliopiston geofyysikko Robert Harris lausunnossaan. ”Lepotilassa sukset tarttuvat lumeen, ja niiden liukumiseen tarvitaan tietty määrä voimaa. Kun se tapahtuu, suksen liike tuottaa lämpöä ja liikkeen jatkamiseen tarvitaan paljon vähemmän voimaa….. Sama asia tapahtuu maanjäristyksessä.” Lämpötilamittauksen saaminen oli hankalaa. Chikyu-tiimin oli porattava 850 metriä merenpohjaan, joka itsessään oli 6900 metriä merenpinnan alapuolella. He joutuivat kamppailemaan huonon sään kanssa, ja itse vika liikkui edelleen, mikä vaaransi instrumentit. Vaikea työ kannatti kuitenkin, ja se paljasti maanjäristyksen jäljelle jäänyttä lämpöä, jonka perusteella tutkijat pystyivät laskemaan vian kitkan, joka oli hyvin alhainen. Lopputulos: ”Tohokun murtuma on liukkaampi kuin kukaan osasi odottaa”, sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja Emily Brodsky, geofyysikko Kalifornian yliopistosta Santa Cruzista, toisessa lausunnossaan. Särön liukas luonne auttaa selittämään joitakin vuoden 2011 järistyksen ominaispiirteitä. Särö liukui ennennäkemättömät 50 metriä, ja syvällä maan alla alkanut repeämä saavutti pinnan, jossa se aiheutti äkillisen häiriön meressä ja laukaisi tsunamin. Poraukset ja laboratoriokokeet paljastivat myös toisen ominaisuuden, joka teki murtumasta niin vaarallisen. Alhainen kitka johtuu siitä, että ruhjeen sisällä on uskomattoman hienojakoista savisedimenttiä. ”Se on liukkainta savea, mitä voi kuvitella”, sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja Christie Rowe, geologi McGillin yliopistosta, lausunnossaan. ”Jos sitä hieroo sormiensa välissä, se tuntuu voiteluaineelta.” Muuten Tyynenmeren ja Euraasian laattojen välinen alue, joka kokee liukumista, on myös hyvin ohut, alle viiden metrin levyinen, mikä tekisi siitä planeetan ohuimman tunnetun rikkonaisuusvyöhykkeen. Maanjäristyksen lämpösignaalin mittaaminen oli tieteelle ensimmäinen tapaus. ”Se oli merkittävä saavutus”, Harris sanoi, ”mutta on vielä paljon sellaista, mitä emme vielä tiedä”. Tutkijat eivät esimerkiksi vielä tiedä, kuinka yleistettävissä nämä tulokset ovat muihin subduktiovyöhykkeisiin eri puolilla maailmaa tai mikä vaikutus vikavyöhykkeiden ohuudella on maanjäristysvaaraan. Tästä huolimatta kairaustulokset ”viittaavat siihen, että Japanin kaivannon matalalla megathrustilla on erityispiirteitä, joita ei ole nähty monilla muilla subduktiovyöhykkeillä”, Kelin Wang Natural Resources Canadasta ja Masataka Kinoshita Japanin meri- ja maaperätieteiden ja -teknologian virastosta (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology) – virasto, joka hallinnoi Chikyu-tutkimusaluetta – kirjoittivat oheisessa Perspectives-artikkelissa. Vastaavat olosuhteet voivat olla harvinaisia, mutta niitä esiintyy joissakin paikoissa pohjoisella Tyynellämerellä, kuten Kamtšatkan niemimaalla Venäjällä ja Aleuttien saarilla Alaskassa, huomauttaa Rowe.Syvänmeren poraukset osoittavat, että näillä alueilla on samaa yleensä liukasta savea, joka alensi kitkaa Japanin murtumassa. Mutta se, että Japanin vian epätavalliset olosuhteet saattavat olla harvinaisia, ei saisi rauhoittaa tutkijoita tai yleisöä, Wang ja Kinoshita sanovat. Tällainen valtava, matala liukuma ei ole välttämätön tuhoisan tsunamin syntymiselle, eikä se aiheuttanut vuoden 2010 Chilen tsunamia, joka tuhosi 370 000 kotia, eikä vuoden 2004 Intian valtameren tsunamia, joka tappoi lähes 230 000 ihmistä. ”On vaikea sanoa, miten yleistettävissä nämä tulokset ovat, ennen kuin tarkastelemme muita vikoja”, Brodsky lisäsi. ”Mutta tämä luo pohjan maanjäristysten paremmalle ymmärtämiselle ja viime kädessä paremmalle kyvylle tunnistaa maanjäristysvaarat.”