Tsunami kan skylle inn over USAs storbyer når som helst

Det er dette skrekkscenarioet geologene arbeider for å varsle. Ved å lytte nøye til de ufarlige rystelsene håper de å finne et mønster i de krypende jordskjelvene som kan avsløre når det store skjelvet vil komme.

Hav og land skaper megaskjelv

Jordas skorpe består av sju store plater samt flere som er en del mindre. De stive platene i skorpen «driver» rundt på mantelen, som er nærmere jordas indre og derfor varmere og mykere. Enkelte steder treffer platene hverandre. Hvis sammenstøtet skjer mellom en tung plate av havskorpe og en av de lettere kontinentalplatene som utgjør landmassene, vil havplaten trenge seg inn under landplaten og danne et såkalt subduksjonssone, der de kraftigste jordskjelvene på jorda oppstår.

Siden det bare er plater av havskorpe som kan synke under andre plater, ligger subduksjonssoner nesten alltid under havet. Det betyr også at jordskjelv utløst av subduksjonssoner som regel skaper tsunamier, som er ett av planetens dødeligste naturfenomener.

Det var for eksempel en subduksjonssone som forårsaket den voldsomme tsunamien i Sørøst-Asia i 2004, som kostet 230 000 mennesker livet. Det var den mest dødbringende naturkatastrofen på mange tiår. Det var også en subduksjonssone som i 2011 forårsaket tsunamien i Japan, som blant annet skapte problemer for en atomreaktor i Fukushima.

Jorda har 15 store subduksjonssoner, som overvåkes nøye av geologer verden over. I Stillehavet, om lag 100 kilometer utenfor kysten av det nordvestlige USA, går det det 1000 kilometer lange subduksjonssone, Cascadia, som strekker seg fra det nordlige California forbi delstatene Oregon og Washington og helt opp til Canada.

Men for bare 50 år siden visste ingen at Cascadia-forkastningen eksisterte. Derfor er ingen av byene langs dette kystområdet bygget til å tåle den katastrofen som truer under havet.

Cascadia forklarer mystisk tsunami

Inntil 1970 har den langstrakte Cascadia-forkastningen holdt seg skjult fordi den ikke har produsert vanlige jordskjelv på flere hundre år. Den eneste aktiviteten har vært de krypende jordskjelvene, som bare kan oppdages ved nøye analyser av seismiske data og ultrapresise GPS-målinger.

Forskernes studier har vist at de svake rystelsene ved det nordvestlige USA vender tilbake med nøyaktig 14 måneders mellomrom og kan vare i opptil en måned av gangen. Årsaken ligger i havbunnens bevegelser.

I løpet av den 14 måneder lange perioden beveger havplaten seg omkring ti millimeter mot øst, før den plutselig, i løpet av den neste måneden, beveger seg om lag fem millimeter tilbake mot vest. Det er under bevegelsen mot vest at forskere fanger opp de små rystelsene og samtidig kan se på ultrapresise GPS-målinger hvordan landmassen forskyves med noen millimeter.

De rolige rystelsene vil en dag utvikle seg til et virkelig jordskjelv, men fordi det aldri har blitt observert ved Cascadia, har et av forskernes store spørsmål vært hvor voldsomme jordskjelv forkastningen kan produsere.

Det fant seismologen Kenji Satake og kollegene hans ut i 1996. Den japanske forskergruppen gjennomgikk historiske tsunamiopptegnelser fra hjemlandet.

Japan opplever jevnlig jordskjelv og tsunamier, som er dokumentert mer enn 1400 år tilbake i tid. I opptegnelsene er hver kjempebølge koblet til en tilhørende rystelse. Satake og kollegene hans var særlig interessert i en tsunami fra 27. januar 1700, som ifølge opptegnelsene skylte inn over Japan uten at noen hadde merket noe jordskjelv.

På folkemunne var bølgen derfor kjent som «den foreldreløse». Satake mistenkte Cascadia- forkastningen på den andre siden av Stillehavet, og det ble raskt bekreftet av andre data.

Konklusjonen ble at et jordskjelv ved Cascadia-forkastningen utenfor kysten av USA i januar 1700 skapte en bølge som i løpet av om lag elleve timer krysset Stillehavet og rammet kysten av Japan. Her hadde bølgen fortsatt nok energi til å utrette betydelig skade, noe som tyder på at Cascadia kan utløse enormt kraftige jordskjelv.

Jordskjelv er 77 år over tiden

Siden koblingen av tsunamien i Japan i 1700 og rystelser utenfor USA har amerikanske geologer boret seg ned gjennom havbunnen og funnet flere spor av hvordan Cascadia har oppført seg tidligere.

Hver gang de opparbeidede spenningene i en subduksjonssone utløses under store jordskjelv, beveger store mengder av leire, sand og grus seg nedover den skrenten under havet som utgjør den synlige grensen mellom kontinental- og havplaten.

Sedimentene fra skjelvet legger seg i et lag på havbunnen som skiller seg tydelig fra de andre lagene av finere partikler. Ved å telle de avvikende lagene kan forskerne se hvor mange jordskjelv regionen har opplevd, og datering av lagene avslører hvor ofte det skjer.

Geologen Brian Atwater fra United States Geological Survey har undersøkt havbunnprøver fra de siste 10 000 årene og funnet 41 lag av materiale fra slike skred i borekjernene. Dermed kan forskerne regne ut at jordskjelv fra Cascadia gjennomsnittlig forekommer med 243 års mellomrom. Siden det siste skjelvet er datert i januar 1700, er det neste kjempeskjelvet nå 77 år forsinket.

Inne på land, i det nordvestlige USA, er det også spor etter tsunamien fra 1700. Brian Atwater har kartlagt store områder der trær er druknet i saltvann og i dag står som nakne, døde stammer. Andre steder har han funnet lag av sand som har skylt mange kilometer inn i landet fra kysten.

På bakgrunn av skadene på naturen for snart 320 år siden og de historiske kildene om hvor høy bølgen var da den kom fram til Japan, er det mulig å anslå styrken av skjelvet.

Forskerne anslår at det lå mellom 8,7 og 9,2 på den såkalte momentetmagnitude­skalaen. Det er geologenes nye skala for jordskjelv. Den er mer presist enn forgjengeren, Richters skala, og er basert på hvor mye energi et jordskjelv slipper løs. Et skjelv med styrke 9 er høyt på topp 10-listen over de største kjente jordskjelvene.

Én million bygninger ødelegges

Den virkelige effekten av et nytt Cascadia-skjelv med styrke 9 er mulig å fastslå ved hjelp av datasimulering.

Derfor utførte geofysikeren Erin Wirth fra University of Washington 50 ulike simuleringer av hvordan skjelvet kan utvikle seg. I noen tilfeller plasserte Wirth det såkalte hyposenteret – det underjordiske punktet i subduksjonssonen der skjelvet stammer fra – tett på for eksempel Seattle, og i andre tilfeller lå det langt unna. Hun justerte også på hvilke deler av forkastningen som var mest aktive.

Med de små forskjellene i startbetingelsene oppsto det 50 ulike kjempeskjelv som viste hvilke områder som blir rammet hardest og hvilke som slipper lettere unna.

Wirths simuleringer viser blant annet at hvis hyposenteret ligger like under Seattle eller en av de andre storbyene i regionen, vil jordskjelvet spre seg vekk fra byen, så den slipper noenlunde billig unna. Hvis hyposenteret derimot ligger et stykke unna, vil bevegelsen langs forkastningen ha retning mot byen, og da kan det gå helt galt.

I alle scenariene er det imidlertid områder i delstatene Washington og Oregon som blir så hardt rammet at de i praksis legges i ruiner. Men akkurat hvor det blir, er fortsatt uvisst.

Effekten av selve jordskjelvet kan være vanskelig å forutsi presist, men det er lettere med tsunamien. Beregninger utført ved Washington State Department of Natural Resources våren 2018 viser at den muren av vann som reiser seg fra havet, vil være opp mot 30 meter høy visse steder og skylle flere kilometer inn i landet.

Det amerikanske beredskapsdirektoratet, FEMA, har også forsøkt å anslå ødeleggelsene av et stort Cascadia-skjelv og en påfølgende tsunami. De anslår at omtrent en million bygninger blir enten totalødelagt eller voldsomt skadet. Det samme gjelder for halvparten av alle motorveibroer, to tredjedeler av jernbanestrekningene og to tredjedeler av alle sykehus.

Bevegelser avslører neste skjelv

Forskningen viser altså at det neste skjelvet fra Cascadia kan komme når som helst, og at konsekvensene var massive forrige gang det skjedde.

Derfor konsentrerer forskerne seg nå om når det neste vil komme. Statistikken tilsier at det kan skje i morgen eller om hundre år. Det er for upresist til at myndighetene og befolkningen kan bruke det til noe, men kanskje er det hjelp på vei.

Etter skjelvet og tsunamien i Japan 11. mars 2011, som kostet opp mot 16 000 mennesker livet, undersøkte forskerne eldre data fra forkastningen. Det ble helt tydelig at den hadde banket på døra i ukene før katastrofen.

I februar samme år krøp to dype og langsomme rystelser fram langs subduksjonssonen mot akkurat det punktet der den eksplosive utladningen av seismisk energi utløste katastrofen bare en måned senere. Teorien er at de langsomme bevegelsene reduserer friksjonen mellom de to sidene av forkastningen i de nedre delene av subduksjonssonen. Og siden det er den samlede friksjonen i hele forkastningen som forhindrer et jordskjelv, øker de krypende jordskjelvene dermed risikoen for de ekte jordskjelvene.

Den innsikten har fått en gruppe japanske og amerikanske forskere til å samarbeide om å studere 28 år med japanske jordskjelvdata.

De første resultatene tyder på at ultralangsomme rystelser langs subduksjonssoner akselererer i månedene og ukene før jordskjelvet kommer, og at den akselerasjonen kan avsløres med GPS-målinger på jordoverflaten.

Men hver eneste subduksjonssone har sin egen personlighet, og ingen vet akkurat hva de skal se etter. Hvis de krypende skjelvene plutselig endrer rytme eller til og med forsvinner helt, så er det ingen tvil om at forskerne umiddelbart vil se det som en kraftig advarsel om en nær forestående katastrofe.

Dermed kan de krypende jordskjelvene være nøkkelen som i framtiden åpner døren for en mye mer presis og pålitelig varsling av gigantiske jordskjelv.