NASA-undersøgelse udfordrer en langvarig tsunamidannelsesteori

En ny NASA-undersøgelse udfordrer en langvarig teori om, at tsunamier dannes og erhverver deres energi hovedsageligt fra lodret bevægelse af havbunden.

En ubestridt kendsgerning var, at de fleste tsunamier skyldes en massiv forskydning af havbunden - normalt fra subduktionen, eller glidende, af en tektonisk plade under en anden under et jordskælv. Eksperimenter udført i bølgetanke i 1970'erne viste, at lodret løft af tankbunden kunne generere tsunami-lignende bølger. I det følgende årti Japanske forskere simulerede vandrette havbundsforskydninger i en bølgetank og observerede, at den resulterende energi var ubetydelig. Dette førte til den nuværende udbredte opfattelse, at lodret bevægelse af havbunden er den primære faktor i tsunamigenerering.

I 2007 Tony sang, en oceanograf ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, sår tvivl om den teori efter at have analyseret det kraftige Sumatra-jordskælv i 2004 i Det Indiske Ocean. Seismograf og GPS-data viste, at havbundens lodrette løft ikke producerede nok energi til at skabe en så kraftig tsunami. Men formuleringer fra Song og hans kolleger viste, at når energi fra havbundens vandrette bevægelse blev indregnet, al tsunamiens energi blev taget i betragtning. Disse resultater matchede tsunamidata indsamlet fra en trio af satellitter - NASA/Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) Jason, den amerikanske flådes Geosat Follow-on og European Space Agency's Environmental Satellite.

Yderligere forskning af Song om Sumatra-jordskælvet i 2004, ved hjælp af satellitdata fra NASA/German Aerospace Center Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission, støttede også hans påstand om, at mængden af ​​energi skabt af den lodrette løft af havbunden alene var utilstrækkelig til en tsunami af den størrelse.

"Jeg havde alle disse beviser, der var i modstrid med den konventionelle teori, men jeg havde brug for mere bevis, " sagde Song.

Hans søgen efter flere beviser hvilede på fysik - nemlig, det faktum, at vandret havbundsbevægelse skaber kinetisk energi, som er proportional med havets dybde og hastigheden af ​​havbundens bevægelse. Efter kritisk at have evalueret bølgetankeksperimenterne i 1980'erne, Song fandt ud af, at de anvendte tanke ikke nøjagtigt repræsenterede nogen af ​​disse to variabler. De var for lavvandede til at gengive det faktiske forhold mellem havets dybde og havbundens bevægelse, der eksisterer i en tsunami, og væggen i tanken, der simulerede den vandrette havbundsbevægelse, bevægede sig for langsomt til at gentage den faktiske hastighed, hvormed en tektonisk plade bevæger sig under et jordskælv.

"Jeg begyndte at overveje, at disse to forkerte fremstillinger var ansvarlige for den længe accepterede, men vildledende konklusion, at horisontal bevægelse kun producerer en lille mængde kinetisk energi, " sagde Song.

Byg en bedre bølgetank

For at sætte sin teori på prøve, Song og forskere fra Oregon State University i Corvallis simulerede 2004 Sumatra og 2011 Tohoku jordskælvene ved universitetets Wave Research Laboratory ved at bruge både direkte målte og satellitobservationer som reference. Ligesom eksperimenterne i 1980'erne, de efterlignede vandret jordforskydning i to forskellige tanke ved at flytte en lodret væg i tanken mod vand, men de brugte en stempeldrevet bølgemaskine, der var i stand til at generere hurtigere hastigheder. De redegjorde også bedre for forholdet mellem, hvor dybt vandet er, og mængden af ​​vandret forskydning i faktiske tsunamier.

De nye eksperimenter illustrerede, at vandret havbundsforskydning bidrog med mere end halvdelen af ​​den energi, der genererede tsunamierne i 2004 og 2011.

"Fra denne undersøgelse, vi har vist, at vi ikke kun skal se på den lodrette, men også den vandrette bevægelse af havbunden for at udlede den samlede energi, der overføres til havet og forudsige en tsunami, " sagde Salomon Yim, en professor i civil- og byggeteknik ved Oregon State University og en medforfatter på undersøgelsen.

Fundet validerer yderligere en tilgang udviklet af Song og hans kolleger, der bruger GPS-teknologi til at registrere en tsunamis størrelse og styrke til tidlige advarsler.

Det JPL-administrerede Global Differential Global Positioning System (GDGPS) er et meget nøjagtigt GPS-behandlingssystem i realtid, der kan måle havbundens bevægelse under et jordskælv. Efterhånden som landet skifter, jordmodtagerstationer tættere på epicentret skifter også. Stationerne kan registrere deres bevægelse hvert sekund gennem realtidskommunikation med en konstellation af satellitter for at estimere mængden og retningen af ​​vandret og lodret landforskydning, der fandt sted i havet. De udviklede computermodeller til at inkorporere disse data med havbundens topografi og anden information for at beregne størrelsen og retningen af ​​en tsunami.

"Ved at identificere den vigtige rolle af havbundens vandrette bevægelse, vores GPS-tilgang estimerer direkte den energi, der overføres af et jordskælv til havet, " sagde Song. "Vores mål er at opdage en tsunamis størrelse, før den overhovedet dannes, for tidlige advarsler."

Undersøgelsen er publiceret i Journal of Geophysical Research — Oceaner .