Det jordskælv med en styrke på 9,0 i Tohoku-Oki, der ramte Japan den 11. marts 2011, dræbte mere end 15.000 mennesker og udløste en ødelæggende tsunami, som landet stadig arbejder på at komme sig over, rejste en masse foruroligende spørgsmål. Hvad gjorde for eksempel et så kraftigt jordskælv muligt, og kunne det ske igen i Japan eller et andet sted?
En international gruppe af forskere, der borede kilometer under Stillehavet og ind i jordskælvsforkastningen, har nu svar på disse spørgsmål, og de rapporterer deres resultater i en trio af artikler, der offentliggøres i dag i Science.
Epicenteret for jordskælvet i 2011 lå på et usædvanligt sted, omkring 130 kilometer øst for Sendai i Japan, lige ud for landets nordlige kyst. I dette område, en subduktionszone, dykker Stillehavspladen ned under den eurasiske plade. Stærke jordskælv er mulige her, men forskerne havde ikke troet, at der var energi nok til at frembringe et større end 7,5 magnitude. De tog fejl, og de har været interesseret i at finde ud af mere om, hvad der gjorde forkastningen i stand til at producere et så stort skælv.
Epicenteret for Tohoku-Oki-jordskælvet i 2011 lå ud for den nordlige japanske østkyst. Billede via USGS
Et lille år efter jordskælvet fik dybvandsboreskibet Chikyu til opgave at bore ind i forkastningen ud for den japanske kyst og installere et temperaturobservatorium. Ved at måle temperaturen på en forkastning efter et jordskælv kan forskerne måle, hvor meget energi der blev frigivet under skælvet, og beregne en forkastnings friktion – hvor let klipperne gnider mod hinanden.
“En måde at se på friktionen af disse store blokke på er at sammenligne dem med langrendsski på sne,” siger Robert Harris, medforfatter til undersøgelsen og geofysiker ved Oregon State University, i en erklæring. “I hvile holder skiene fast i sneen, og det kræver en vis mængde kraft at få dem til at glide. Når man først gør det, genererer skiens bevægelse varme, og det kræver meget mindre kraft at fortsætte bevægelsen…. Det samme sker ved et jordskælv.”
Det var vanskeligt at få denne temperaturmåling. Chikyu-holdet var nødt til at bore 850 meter ned i havbunden, som i sig selv lå 6.900 meter under havets overflade. De måtte håndtere dårligt vejr, og selve forkastningen var stadig i bevægelse, hvilket bragte instrumenterne i fare.
Det vanskelige arbejde gav dog pote, og det afslørede restvarme fra jordskælvet, ud fra hvilket forskerne kunne beregne forkastningens friktion, som var meget lav. Bottom line: “Tohoku-forkastningen er mere glat, end nogen havde forventet”, sagde Emily Brodsky, medforfatter til undersøgelsen og geofysiker ved University of California, Santa Cruz, i en anden udtalelse.
Forkastningens glatte natur er med til at forklare nogle af karakteristika ved jordskælvet i 2011. Forkastningen gled 50 meter uden fortilfælde, og bruddet, der begyndte dybt under jorden, nåede op til overfladen, hvor det forårsagede en pludselig forstyrrelse i havet og udløste tsunamien.
Boringerne og laboratorieforsøgene afslørede også en anden egenskab ved forkastningen, der gjorde den så farlig. Den lave friktion kan tilskrives det utroligt fine lersediment inden for bruddet. “Det er det mest glatte ler, man kan forestille sig,” sagde Christie Rowe, medforfatter til undersøgelsen og geolog ved McGill University, i en erklæring. “Hvis du gnider det mellem fingrene, føles det som et smøremiddel.” I øvrigt er det område mellem Stillehavs- og Eurasiske plader, der oplever glidning, også meget tyndt, mindre end fem meter på tværs, hvilket ville gøre det til den tyndeste kendte brudzone på planeten.
Måling af jordskælvets termiske signal var en nyhed for videnskaben. Det “var en stor bedrift”, sagde Harris, “men der er stadig meget, som vi endnu ikke ved”. For eksempel ved forskerne endnu ikke, hvor generaliserbare disse resultater er for andre subduktionszoner i hele verden, eller hvilken effekt tyndtykkelsen af fejlzoner har på jordskælvsrisici. Ikke desto mindre tyder boringsresultaterne “på, at den lavvandede megathrust i Japan Trench har særlige træk, som ikke ses i mange andre subduktionszoner”, skriver Kelin Wang fra Natural Resources Canada og Masataka Kinoshita fra Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology – det agentur, der driver Chikyu – i en ledsagende artikel i Perspectives.
Sammenlignende forhold er måske sjældne, men de findes nogle steder i det nordlige Stillehav, såsom Kamtjatka-halvøen i Rusland og Aleuterne i Alaska, bemærker Rowe.Dybvandsboringer viser, at disse regioner har det samme normalt glatte ler, som sænkede friktionen i den japanske forkastning.
Men det faktum, at de usædvanlige omstændigheder ved den japanske forkastning måske er sjældne, bør ikke berolige forskerne eller offentligheden, siger Wang og Kinoshita. Et så stort, overfladisk glid er ikke nødvendigt for, at der kan dannes en ødelæggende tsunami, og det var ikke det, der forårsagede hverken tsunamien i Chile i 2010, der ødelagde 370.000 hjem, eller tsunamien i Det Indiske Ocean i 2004, der dræbte næsten 230.000 mennesker. “Det er svært at sige, hvor generaliserbare disse resultater er, før vi ser på andre forkastninger”, tilføjede Brodsky. “Men dette lægger grunden til en bedre forståelse af jordskælv og i sidste ende en bedre evne til at identificere jordskælvsrisici.”
Det Tohoku-Oki-jordskælv med en styrke på 9,0, der ramte Japan den 11. marts 2011 og dræbte mere end 15.000 mennesker og udløste en ødelæggende tsunami, som landet stadig arbejder på at komme sig over, rejste en masse foruroligende spørgsmål. Hvad gjorde f.eks. et så kraftigt jordskælv muligt, og kan det ske igen i Japan eller et andet sted? En international gruppe af forskere, der har boret kilometervis under Stillehavet og ind i jordskælvsforkastningen, har nu svar på disse spørgsmål, og de rapporterer deres resultater i en trio af artikler, der offentliggøres i dag i Science. Epicenteret for jordskælvet i 2011 lå på et usædvanligt sted, nemlig ca. 130 km øst for Sendai i Japan, lige ud for landets nordlige kyst. I dette område, en subduktionszone, dykker Stillehavspladen ned under den eurasiske plade. Stærke jordskælv er mulige her, men forskerne havde ikke troet, at der var energi nok til at frembringe et større end 7,5 magnitude. De tog fejl, og de har været interesseret i at finde ud af mere om, hvad der gjorde forkastningen i stand til at producere så store jordskælv. Epicenteret for Tohoku-Oki-jordskælvet i 2011 lå ud for østkysten af det nordlige Japan. Billede via USGS Lidt over et år efter jordskælvet fik dybvandsboreskibet Chikyu til opgave at bore ind i forkastningen ud for den japanske kyst og installere et temperaturobservatorium. Ved at måle temperaturen på en forkastning efter et jordskælv kan forskerne måle, hvor meget energi der blev frigivet under jordskælvet, og beregne en forkastnings friktion – hvor let klipperne gnider mod hinanden. “En måde at se på friktionen af disse store blokke på er at sammenligne dem med langrendsski på sne,” siger Robert Harris, medforfatter til undersøgelsen og geofysiker ved Oregon State University, i en erklæring. “I hvile holder skiene fast i sneen, og det kræver en vis mængde kraft at få dem til at glide. Når man først gør det, genererer skiens bevægelse varme, og det kræver meget mindre kraft at fortsætte bevægelsen…. Det samme sker ved et jordskælv.” Det var vanskeligt at få denne temperaturmåling. Chikyu-holdet var nødt til at bore 850 meter ned i havbunden, som i sig selv lå 6.900 meter under havets overflade. De skulle håndtere dårligt vejr, og selve forkastningen var stadig i bevægelse, hvilket bragte instrumenterne i fare. Det vanskelige arbejde betalte sig dog, og det afslørede restvarme fra jordskælvet, ud fra hvilken forskerne kunne beregne brudets friktion, som var meget lav. Bottom line: “Tohoku-forkastningen er mere glat, end nogen havde forventet”, sagde Emily Brodsky, medforfatter til undersøgelsen og geofysiker ved University of California, Santa Cruz, i en anden udtalelse. Forkastningens glatte natur er med til at forklare nogle af karakteristika ved jordskælvet i 2011. Forkastningen gled 50 meter, hvilket er uden fortilfælde, og bruddet, som begyndte dybt nede i undergrunden, nåede op til overfladen, hvor det forårsagede en pludselig forstyrrelse i havet og udløste tsunamien. Boringerne og laboratorieundersøgelserne afslørede også en anden egenskab ved bruddet, som gjorde det så farligt. Den lave friktion kan tilskrives det utroligt fine lersediment inden for bruddet. “Det er det mest glatte ler, man kan forestille sig,” siger Christie Rowe, medforfatter til undersøgelsen og geolog ved McGill University, i en udtalelse. “Hvis du gnider det mellem fingrene, føles det som et smøremiddel.” I øvrigt er det område mellem Stillehavs- og Eurasiske plader, der oplever glidning, også meget tyndt, mindre end fem meter på tværs, hvilket ville gøre det til den tyndeste kendte brudzone på planeten. Måling af jordskælvets termiske signal var en nyhed for videnskaben. Det “var en stor bedrift”, sagde Harris, “men der er stadig meget, vi endnu ikke ved”. For eksempel ved forskerne endnu ikke, hvor generaliserbare disse resultater er for andre subduktionszoner i verden, eller hvilken virkning tyndtykkede fejlzoner har på jordskælvsrisikoen. Ikke desto mindre tyder boringsresultaterne “på, at den lavvandede megathrust i Japan Trench har særlige træk, som ikke ses i mange andre subduktionszoner”, skriver Kelin Wang fra Natural Resources Canada og Masataka Kinoshita fra Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology – det agentur, der driver Chikyu – i en ledsagende artikel i Perspectives. Lignende forhold er måske sjældne, men de findes nogle steder i det nordlige Stillehav, f.eks. på Kamtjatka-halvøen i Rusland og Aleuterne i Alaska, bemærker Rowe. dybvandsboringer viser, at disse regioner har det samme normalt glatte ler, som sænkede friktionen i den japanske forkastning. Men det faktum, at de usædvanlige omstændigheder ved Japan-forkastningen måske er sjældne, bør ikke berolige forskerne eller offentligheden, mener Wang og Kinoshita. Et så stort, lavt glid er ikke nødvendigt for at danne en ødelæggende tsunami, og det var ikke det, der forårsagede hverken tsunamien i Chile i 2010, der ødelagde 370.000 hjem, eller tsunamien i Det Indiske Ocean i 2004, der dræbte næsten 230.000 mennesker. “Det er svært at sige, hvor generaliserbare disse resultater er, før vi ser på andre forkastninger”, tilføjede Brodsky. “Men dette lægger grunden til en bedre forståelse af jordskælv og i sidste ende en bedre evne til at identificere jordskælvsrisici.”