Tsunami kan skylle ind over USA's storbyer når som helst

Det er dette skrækscenarie, geologerne arbejder på at forudse. Ved at lytte intensivt til de ufarlige rystelser håber de at finde et mønster i de krybende jordskælv, der kan afsløre, hvornår det store skælv vil komme.

Hav og land skaber megaskælv

Jordens skorpe består af syv store plader af klippe samt flere mindre plader. De stive plader i skorpen “driver” rundt oven på kappen, som er nærmere Jordens indre og derfor varmere og blødere. Enkelte steder rammer pladerne ind i hinanden.

Hvis sammenstødet sker mellem en tung plade af oceanskorpe og en af de lettere kontinentalplader, der udgør landmasserne, vil oceanpladen mase sig ind under landpladen og danne en såkaldt subduktionszone, hvor de kraftigste jordskælv på Jorden opstår.

Da det kun er plader af oceanskorpe, der kan synke under andre plader, ligger subduktionszoner næsten altid under havet. Det betyder også, at jordskælv udløst af subduktionszoner oftest medfører tsunamier, som er ét af klodens mest dødelige naturfænomener.

Det var fx en subduktionszone, som forårsagede tsunamien i Sydøstasien i 2004, der kostede 230.000 mennesker livet, og gjorde hændelsen til den mest dødbringende naturkatastrofe i mange årtier. Det var også en subduktionszone, der i 2011 forårsagede tsunamien i Japan, hvor bølgen blandt andet fik en atomreaktor i Fukushimadistriktet til at nedsmelte.

Jorden har 15 store subduktionszoner, som nøje overvåges af geologer verden over. I Stillehavet godt 100 km ud for det nordvestlige USA løber den 1000 km lange subduktionszone Cascadia, som strækker sig fra det nordlige Californien forbi delstaterne Oregon og Washington og helt op til den canadiske kyst.

Men for bare 50 år siden vidste ingen, at Cascadia-forkastningen eksisterede. Af samme årsag er ingen af byerne langs kysten bygget til at modstå den katastrofe, der lurer under havet.

Cascadia forklarer mystisk tsunami

Indtil 1970 har den langstrakte Cascadia-forkastning holdt sig skjult, fordi den ikke har produceret et regulært jordskælv i flere århundreder. Den eneste aktivitet har været de krybende jordskælv, som kun kan opdages ved nøje analyser af seismiske data og ultrapræcise GPS-målinger.

Forskernes undersøgelser har vist, at de svage rystelser ved det nordvestlige USA vender tilbage med nøjagtigt 14 måneders mellemrum og kan vare i op til en måned ad gangen. Årsagen skal findes i havbundens bevægelser.

I løbet af den 14 måneder lange periode bevæger oceanpladen sig omkring ti millimeter mod øst, for pludseligt over den følgende måned at bevæge sig cirka fem millimeter tilbage mod vest. Det er under bevægelsen mod vest, at forskere opfanger de små rystelser og samtidig kan se på ultrapræcise GPS-målinger, hvordan landmassen forskydes forsvindende lidt.

De rolige rystelser vil en dag udvikle sig til et regulært jordskælv, men fordi sådan et aldrig har været observeret ved Cascadia, har et af forskernes store spørgsmål været, hvor voldsomme jordskælv forkastningen kan producere.

Det fandt seismologen Kenji Satake og hans kolleger ud af i 1996, da det japanske forskerhold gennemgik sit hjemlands historiske tsunamioptegnelser.

Japan oplever jævnligt jordskælv og tsunamier, som er dokumenteret mere end 1400 år tilbage i tiden. I optegnelserne er hver kæmpebølge matchet med en tilhørende rystelse. Satake og hans kolleger var især interesserede i en tsunami fra d. 27. januar 1700, som ifølge optegnelserne var skyllet ind over Japan, uden at nogen havde bemærket et jordskælv.

I folkemunde var bølgen derfor kendt som “den forældreløse”. Satake mistænkte Cascadia-forkastningen på den anden side af Stillehavet, og formodningen blev hurtigt bekræftet af forskernes øvrige data.

Konklusionen blev, at et jordskælv ved Cascadia-forkastningen ud for den nordvestamerikanske kyst i januar 1700 måtte have skabt en bølge, der i løbet af cirka 11 timer krydsede Stillehavet og gik i land på den japanske kyst. Her havde bølgen stadig energi nok til at udrette væsentlig skade, hvilket tydede på, at Cascadia kan udløse enormt kraftige jordskælv.

Jordskælv er gået 77 år over tiden

Siden koblingen af tsunamien i Japan i 1700 og rystelser ud for USA har amerikanske geo­loger boret sig ned gennem havbunden og fundet flere spor af, hvordan Cascadia tidligere har opført sig.

Hver gang de oparbejdede spændinger i en subduktionszone udløses under store jordskælv, skrider store mængder af ler, sand og grus ned ad den skrænt under havet, der udgør det synlige skel mellem kontinental- og oceanpladen.

Sedimenterne fra skælvet lægger sig i et lag på havbunden, der adskiller sig markant fra de øvrige lag af finere partikler. Ved at tælle de afvigende lag kan forskerne se, hvor mange jordskælv regionen har oplevet gennem tiderne, og datering af lagene afslører, hvor ofte det sker.

Geologen Brian Atwater fra United States Geological Survey har undersøgt havbundsprøver fra de sidste 10.000 år og fundet 41 lag af nedskredet materiale i borekernerne. Dermed kan forskerne udregne, at jordskælv fra Cascadia gennemsnitligt forekommer med 243 års mellemrum. Med det seneste skælv dateret til januar 1700 er det næste mulige kæmpeskælv nu 77 år forsinket.

Inde på land i det nordvestlige USA er der også spor efter tsunamien fra 1700. Her har Brian Atwater kortlagt store områder, hvor træer er druknet i saltvand og i dag står som nøgne, døde stammer. Andre steder har han fundet lag af sand, som er skyllet mange kilometer ind i landet fra kysten.

På baggrund af skaderne på naturen for snart 320 år siden og de historiske kilder om bølgens højde i Japan er det muligt at anslå styrken af skælvet dengang.

Det bedste bud på skælvets styrke er mellem 8,7 og 9,2 på den såkaldte moment magnitude-skala. Det er geologernes nye skala til bedømmelse af jordskælv, som mere præcist end sin forgænger, richterskalaen, afslører, hvor meget energi et jordskælv frigiver. Et skælv med styrke 9 er højt på top-10-listen over alle tiders største jordskælv.

Én million bygninger smadres

Den reelle effekt af et nyt Cascadia-skælv med styrke 9 er muligt af fastslå ved hjælp afcomputersimulationer.

Derfor udførte geofysikeren Erin Wirth fra University of Washington 50 forskellige simulationer af, hvordan skælvet kan udvikle sig. I nogle tilfælde placerede Wirth det såkaldte hypocenter – det underjordiske punkt i subduktionszonen, hvor skælvet udspringer fra – tæt på fx Seattle, og i andre lå det langt fra. Hun skruede også på, hvilke dele af forkastningen der var mest aktive ved skælvet.

Med de små forskelle i startbetingelserne opstod 50 forskellige kæmpeskælv, som viste, hvilke områder der under alle omstændigheder bliver ramt, og hvilke der slipper nådigere.

Wirths simulationer viser blandt andet, at hvis hypocenteret ligger lige under Seattle eller en af de andre storbyer i regionen, vil jordskælvet udbrede sig væk fra byen, så den slipper nogenlunde nådigt. Ligger hypocenteret derimod et stykke væk, så bevægelsen langs forkastningen har retning mod byen, kan det gå helt galt.

I alle scenarierne er der dog områder i delstaterne Washington og Oregon, som bliver så hårdt ramt, at de i praksis lægges i ruiner. Men præcis hvor det bliver, er stadig uvist.

Mens effekten af rystelserne kan være meget svære at forudsige præcist, så er det nemmere med tsunamien. Beregninger udført ved Washington State Department of Natural Resources i foråret 2018 viser, at den mur af vand, der rejser sig fra havet, vil være op mod 30 meter høj visse steder og skylle flere kilometer ind i landet.

Den amerikanske beredskabsstyrelse FEMA har også forsøgt at anslå ødelæggelserne af et stort Cascadia-skælv og en efterfølgende tsunami. De anslår, at omtrent en million bygninger bliver enten totalt ødelagt eller voldsomt beskadiget. Det samme gælder halvdelen af alle motorvejsbroer, to tredjedele af jernbanestrækningerne og to tredjedele af alle hospitaler.

Krybende skælv sladrer om næste katastrofe

Forskningen viser altså, at det næste skælv fra Cascadia er lige oppe over, og at konsekvenserne var massive, sidste gang det skete.

Derfor koncentrerer forskerne sig nu om, hvornår det næste vil ske. Statistikken siger, at det kan ske enten i morgen eller om op til hundrede år. Den usikkerhed er umulig at planlægge efter både for myndigheder og befolkning, men måske er der hjælp på vej.

Efter skælvet og tsunamien i Japan den 11. marts 2011, der kostede op mod 16.000 livet, undersøgte forskerne ældre data fra forkastningen. Her var det åbenlyst, at den havde gjort sine intentioner klart i ugerne op til katastrofen.

I februar samme år krøb to dybe og langsomme rystelser frem langs subduktionszonen mod præcis det punkt, hvor den eksplosive udladning af seismisk energi en måned senere udløste katastrofen.

Teorien er, at de langsomme bevægelser reducerer friktionen mellem de to sider af forkastningen i de nedre dele af subduktionszonen. Og da det er den samlede friktion i hele forkastningen, som forhindrer et jordskælv, øger de krybende jordskælv dermed risikoen for de rigtige jordskælv.

Den indsigt har fået et hold japanske og amerikanske forskere til i fællesskab at kigge 28 års japanske jordskælvsdata igennem.

Deres første resultater tyder på, at ultralangsomme rystelser langs subduktionszoner accelererer, i månederne og ugerne før det rigtige jordskælv rammer, og at den acceleration kan afsløres med GPS-målinger på jordoverfladen.

Men hver eneste subduktionszone har sin egen personlighed, og ingen ved, præcis hvad de skal kigge efter. Ændrer de krybende skælv pludselig rytme, forsvinder eller noget helt tredje, så er der ingen tvivl om, at forskerne vil se det som en kraftig advarsel om en nært forestående katastrofe.

Dermed kan de krybende jordskælv være nøglen, der i fremtiden åbner døren for en langt mere præcis og brugbar varsling af gigantiske jordskælv.