Modellering af fremtidig risiko for jordskælv og tsunami i det sydøstlige Japan

Geovidenskabsforskere ved University of Massachusetts Amherst, Smith College og det japanske agentur for hav-jordvidenskab og teknologi afslørede i denne uge nye, GPS-baserede metoder til modellering af jordskælvsinducerede tsunamier for det sydøstlige Japan langs Nankai Trough. En Nankai-induceret tsunami vil sandsynligvis ramme der i de næste par årtier, siger hovedforfatter Hannah Baranes ved UMass Amherst, og har potentiale til at fortrænge fire gange antallet af mennesker, der blev berørt af den massive Tohoku-tsunami i 2011.

Hun og hendes doktorgradsrådgiver Jonathan Woodruff, med Smith College-professor Jack Loveless og Mamoru Hyodo ved det japanske bureau rapporterer detaljerne i aktuelt Geofysiske forskningsbreve . Baranes siger, "Vi håber, at vores arbejde vil åbne døren for anvendelse af lignende teknikker andre steder i verden."

Som hun forklarer, efter det uventede ødelæggende jordskælv og tsunami i 2011, Japans regering opfordrede til risikovurderingsforskning for at definere landets værst tænkelige scenarier for jordskælv og tsunamier. Baranes bemærker, "Regeringsretningslinjen har fokuseret opmærksomheden på Nankai-truget. Det er en forkastning ud for det sydlige Japan, der forudsiges at generere et jordskælv i størrelsesordenen 8 til 9 inden for de næste par årtier."

Holdets forskning, støttet af National Science Foundation og et NASA-graduate-stipendium, begyndte med en undersøgelse af kystsøens sedimenter i Japan for at etablere langsigtede registreringer af tsunamioversvømmelser. Mellem 2012 og 2014, Baranes og Woodruff indsamlede sedimentkerner fra søer, leder efter havsandlag skyllet på land af tidligere ekstreme kystnære oversvømmelser. "Disse sandaflejringer bliver fanget og bevaret på bunden af ​​kystsøer, " siger hun. "Vi kan besøge disse steder hundredvis eller endda tusinder af år senere og finde geologiske beviser for tidligere store oversvømmelser."

Resultater fra Lake Ryuuoo, en lille sø på en ø i Bungo Channel, vis et overraskende sandlag skyllet ind i Ryuuoo-søen af ​​havvand, der strømmer over en 13 fod høj barrierestrand. "Vi var i stand til at datere laget til begyndelsen af ​​1700-tallet, hvilket er i overensstemmelse med den kendte Nankai Trough-tsunamibegivenhed fra 1707, " siger Baranes.

Hun tilføjer, "Vi var lidt forundrede. Bungo-kanalen er gemt mellem to af Japans hovedøer og er relativt beskyttet mod tsunamier, der er genereret af Nankai-trough. I betragtning af de seneste tsunamier i regionen, en minimum 13-fods tsunami i kanalen virkede meget usandsynlig." Yderligere, hun påpeger, Bungo Channel-området har i dag meget følsom og kritisk infrastruktur, inklusive det eneste atomkraftværk på øen Shikoku. Dette gav forskerne "særlig bekymring" for tsunamifaren der, så de besluttede at undersøge deres oprindelige fund yderligere ved hjælp af numeriske modelleringsteknikker.

Som Baranes forklarer, et jordskælv er forårsaget af plader, der glider forbi hinanden langs forkastninger i jordskorpen. Den glidning får jordens overflade til at deformere, at løfte nogle steder og synke, eller aftage, i andre. "Når jordskælvsinduceret hævning sker på havbunden, det forskyder hele vandsøjlen over sig og genererer den bølge, vi kalder en tsunami, " tilføjer hun. "Vi kan simulere den proces med numeriske modeller."

Hun og Woodruff forsøgte at bruge en af ​​de mest citerede modeller til jordskælvet i Nankai Trough i 1707 for at oversvømme Ryuuoo-søen, men dette genererede kun en seks fods tsunami, der ikke kom i nærheden af ​​at overdøve den 13 fod lange barrierestrand.

"På det tidspunkt, vi var stadig lamslåede, " siger Baranes. "Men det varede ikke længe, ​​før vi havde heldet med at lære, at en førende ekspert i tektonisk modellering i Japan, Jack Loveless, er en professor lige nede af vejen ved Smith College." Loveless bruger meget præcise GPS-målinger af jordoverfladens bevægelse til at modellere omfanget og den rumlige fordeling af friktionslåsning, der forårsager, at fejlspændinger opbygges mellem jordskælv.

Med Loveless, holdet skabte jordskælvsscenarier baseret på GPS-estimater af nutidens friktionslåsning langs Nankai-troughet og testede for første gang strengt metoder til at skabe potentielle fremtidige jordskælvsscenarier ud fra GPS-målingerne. De testede forskellige metoder til at skabe en række GPS-baserede jordskælvsscenarier og simulerede den resulterende jordoverfladeforskydning og tsunami-oversvømmelse.

Baranes rapporterer, at de fandt, at GPS-målinger af nutidens jordoverfladebevægelse omkring Nankai-truget gav et jordskælv af samme størrelse og omfang som begivenheden i 1707, og deres simulerede tsunamihøjder stemmer overens med historiske beretninger om begivenheden i 1707. Med hensyn til at matche Lake Ryuuoo geologiske rekord, tilføjer hun, "Vores jordskælvsscenarier viste, at Bungo Channel-regionen faldt syv fod og sænkede Lake Ryuuoo's barrierestrand fra 13 til seks fod, sådan, at en tsunami med en mulig højde for en indre region let oversvømmede søen."

Woodruff, som udførte undersøgelsen som en del af et Fulbright-stipendium, siger, "Selvom vores metode blev godt modtaget, vores resultat for Bungo Channel blev mødt med megen skepsis. Vi var nødt til at finde en uafhængig metode til at validere det." De hyrede Hyodo, som tidligere havde offentliggjort jordskælvsscenarier baseret på modeller af Nankai-trugets fysiske egenskaber. Hans fysiske model gav den samme fokuserede nedsynkning i Bungo Channel, Woodruff rapporterer.

Baranes tilføjer, "Hans model var også i overensstemmelse med vores GPS-baserede model med hensyn til jordskælvets størrelse, jordoverfladeforskydning og tsunami-oversvømmelse. Dette var et virkelig pænt resultat, fordi ud over at levere en uafhængig linje af beviser for betydelig tsunamifare i Bungo Channel, vi demonstrerede en sammenhæng mellem Nankai-trugets fysiske egenskaber og GPS-målinger af overfladebevægelse."