Een nieuwe NASA-studie daagt een lang gekoesterde theorie uit dat tsunami's zich vormen en hun energie voornamelijk verkrijgen door verticale beweging van de zeebodem.

Een onbetwist feit was dat de meeste tsunami's het gevolg zijn van een enorme verschuiving van de zeebodem - meestal van de subductie, of glijden, van de ene tektonische plaat onder de andere tijdens een aardbeving. Experimenten uitgevoerd in golftanks in de jaren 1970 toonden aan dat verticale opheffing van de tankbodem tsunami-achtige golven zou kunnen genereren. In het volgende decennium, Japanse wetenschappers simuleerden horizontale verplaatsingen van de zeebodem in een golftank en merkten op dat de resulterende energie verwaarloosbaar was. Dit leidde tot de huidige wijdverbreide opvatting dat verticale beweging van de zeebodem de belangrijkste factor is bij het ontstaan ​​van tsunami's.

In 2007, Tony Lied, een oceanograaf bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, twijfel aan die theorie na analyse van de krachtige aardbeving in Sumatra in 2004 in de Indische Oceaan. Seismograaf- en GPS-gegevens toonden aan dat de verticale opheffing van de zeebodem niet genoeg energie produceerde om een ​​zo krachtige tsunami te creëren. Maar formuleringen van Song en zijn collega's toonden aan dat zodra de energie van de horizontale beweging van de zeebodem werd meegerekend, alle energie van de tsunami werd opgevangen. Die resultaten kwamen overeen met tsunami-gegevens verzameld van een drietal satellieten - de NASA / Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) Jason, de Geosat Follow-on van de Amerikaanse marine en de milieusatelliet van de European Space Agency.

Verder onderzoek door Song over de aardbeving in Sumatra in 2004, met behulp van satellietgegevens van de NASA / Duitse Aerospace Center Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) missie, ondersteunde ook zijn bewering dat de hoeveelheid energie die werd gecreëerd door de verticale opheffing van de zeebodem alleen onvoldoende was voor een tsunami van die omvang.

"Ik had al dit bewijs dat in tegenspraak was met de conventionele theorie, maar ik had meer bewijs nodig, ' zei Lied.

Zijn zoektocht naar meer bewijs berustte op natuurkunde, namelijk het feit dat horizontale beweging van de zeebodem kinetische energie creëert, die evenredig is met de diepte van de oceaan en de snelheid van de beweging van de zeebodem. Na een kritische evaluatie van de golftankexperimenten van de jaren tachtig, Song ontdekte dat de gebruikte tanks geen van beide variabelen nauwkeurig weergaven. Ze waren te ondiep om de werkelijke verhouding tussen oceaandiepte en zeebodembeweging te reproduceren die bestaat bij een tsunami, en de muur in de tank die de horizontale beweging van de zeebodem simuleerde, bewoog te langzaam om de werkelijke snelheid te repliceren waarmee een tektonische plaat tijdens een aardbeving beweegt.

"Ik begon te bedenken dat die twee verkeerde voorstellingen verantwoordelijk waren voor de lang aanvaarde maar misleidende conclusie dat horizontale beweging slechts een kleine hoeveelheid kinetische energie produceert, ' zei Lied.

Een betere golftank bouwen

Om zijn theorie op de proef te stellen, Song en onderzoekers van de Oregon State University in Corvallis simuleerden de aardbevingen in Sumatra en Tohoku in 2004 in het Wave Research Laboratory van de universiteit door zowel direct gemeten als satellietwaarnemingen als referentie te gebruiken. Net als de experimenten van de jaren tachtig, ze bootsten horizontale landverplaatsing na in twee verschillende tanks door een verticale wand in de tank tegen het water aan te bewegen, maar ze gebruikten een door een zuiger aangedreven golfmaker die hogere snelheden kon genereren. Ze hielden ook beter rekening met de verhouding tussen hoe diep het water is en de hoeveelheid horizontale verplaatsing in werkelijke tsunami's.

De nieuwe experimenten illustreerden dat horizontale verplaatsing van de zeebodem meer dan de helft van de energie bijdroeg die de tsunami's van 2004 en 2011 veroorzaakte.

"Uit dit onderzoek we hebben aangetoond dat we niet alleen naar de verticale maar ook naar de horizontale beweging van de zeebodem moeten kijken om de totale energie die naar de oceaan wordt overgebracht af te leiden en een tsunami te voorspellen, " zei Salomo Yim, een professor in civiele en bouwtechniek aan de Oregon State University en een co-auteur van het onderzoek.

De bevinding bevestigt verder een aanpak die is ontwikkeld door Song en zijn collega's en die GPS-technologie gebruikt om de grootte en kracht van een tsunami te detecteren voor vroege waarschuwingen.

Het door JPL beheerde Global Differential Global Positioning System (GDGPS) is een zeer nauwkeurig realtime GPS-verwerkingssysteem dat de beweging van de zeebodem tijdens een aardbeving kan meten. Terwijl het land verschuift, grondontvangerstations dichter bij het epicentrum verschuiven ook. De stations kunnen elke seconde hun beweging detecteren door middel van realtime communicatie met een constellatie van satellieten om de hoeveelheid en richting van horizontale en verticale landverplaatsing in de oceaan te schatten. Ze ontwikkelden computermodellen om die gegevens te combineren met topografie van de oceaanbodem en andere informatie om de grootte en richting van een tsunami te berekenen.

"Door de belangrijke rol van de horizontale beweging van de zeebodem te identificeren, onze GPS-benadering schat direct de energie die door een aardbeving naar de oceaan wordt overgebracht, " zei Song. "Ons doel is om de grootte van een tsunami te detecteren voordat deze zich zelfs maar vormt, voor vroege waarschuwingen."

De studie is gepubliceerd in Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek — Oceanen .