Geowetenschappelijke onderzoekers aan de Universiteit van Massachusetts Amherst, Smith College en het Japanese Agency for Marine-Earth Science and Technology hebben deze week nieuwe, Op GPS gebaseerde methoden voor het modelleren van door aardbevingen veroorzaakte tsunami's voor Zuidoost-Japan langs de Nankai-trog. Een door Nankai veroorzaakte tsunami zal daar waarschijnlijk de komende decennia treffen, zegt hoofdauteur Hannah Baranes van UMass Amherst, en heeft het potentieel om vier keer het aantal mensen te verplaatsen dat is getroffen door de massale Tohoku-tsunami van 2011.

Zij en haar promovendus Jonathan Woodruff, met Smith College-professor Jack Loveless en Mamoru Hyodo bij het Japanse bureau rapporteren details in de huidige Geofysische onderzoeksbrieven . Baranes zegt, "We hopen dat ons werk de deur zal openen voor het toepassen van vergelijkbare technieken elders in de wereld."

Zoals ze uitlegt, na de onverwacht verwoestende aardbeving en tsunami in 2011, De Japanse regering riep op tot risicobeoordelingsonderzoek om de worstcasescenario's van het land voor aardbevingen en tsunami's te definiëren. Baranes merkt op, "De regeringsrichtlijn heeft de aandacht gevestigd op de Nankai-trog. Het is een breuklijn voor de kust van Zuid-Japan die naar verwachting in de komende decennia een aardbeving met een kracht van 8 tot 9 zal veroorzaken."

Het onderzoek van het team, ondersteund door de National Science Foundation en een NASA graduate fellowship, begon met een studie van kustmeersedimenten in Japan om langetermijnregistraties van tsunami-overstromingen vast te stellen. Tussen 2012 en 2014, Baranes en Woodruff verzamelden sedimentkernen uit meren, op zoek naar mariene zandlagen die aangespoeld zijn door extreme kustoverstromingen in het verleden. "Deze zandafzettingen komen vast te zitten en worden bewaard op de bodem van kustmeren, " zegt ze. "We kunnen deze sites honderden of zelfs duizenden jaren later bezoeken en geologisch bewijs vinden voor grote overstromingen in het verleden."

Resultaten van Lake Ryuoo, een meertje op een eiland in het Bungo Channel, laten een verrassende zandlaag zien die in Lake Ryuuoo wordt gespoeld door zeewater dat over een 13 meter hoog barrièrestrand stroomt. "We konden de laag dateren uit het begin van de 18e eeuw, wat consistent is met de bekende Nankai Trough tsunami-gebeurtenis uit 1707, ' zegt Baranes.

Zij voegt toe, "We waren een beetje in de war. Het Bungo-kanaal ligt verscholen tussen twee van de belangrijkste eilanden van Japan en is relatief beschut tegen tsunami's die door Nankai Trough zijn gegenereerd. Gezien de recente tsunami's in de regio, een tsunami van minimaal 13 voet in het kanaal leek zeer onwaarschijnlijk." ze wijst erop, het Bungo Channel-gebied heeft tegenwoordig veel gevoelige en kritieke infrastructuur, waaronder de enige kerncentrale op het eiland Shikoku. Dit gaf de onderzoekers "bijzondere zorg" voor het tsunami-gevaar daar, dus besloten ze hun oorspronkelijke bevinding verder te onderzoeken met behulp van numerieke modelleringstechnieken.

Zoals Baranes uitlegt, een aardbeving wordt veroorzaakt doordat platen langs elkaar langs breuken in de aardkorst glijden. Die slip zorgt ervoor dat het aardoppervlak vervormt, om op sommige plaatsen op te stijgen en te zinken, of verdwijnen, In andere. "Wanneer door aardbevingen veroorzaakte opwaartse kracht plaatsvindt op de zeebodem, het verplaatst de hele waterkolom erboven en genereert de golf die we een tsunami noemen, " voegt ze eraan toe. "We kunnen dat proces simuleren met numerieke modellen."

Zij en Woodruff probeerden een van de meest geciteerde modellen te gebruiken voor de aardbeving in de Nankai Trough in 1707 om Lake Ryuuoo te laten overstromen, maar dit veroorzaakte alleen een tsunami van twee meter lang die niet in de buurt kwam van het 13 meter hoge barrièrestrand.

"Op dat punt, we waren nog steeds stomverbaasd, "zegt Baranes. "Maar het duurde niet lang voordat we een meevaller hadden toen we hoorden dat een vooraanstaande expert op het gebied van tektonische modellering in Japan, Jack Liefdeloos, is een professor aan het Smith College." Loveless gebruikt zeer nauwkeurige GPS-metingen van de beweging van het aardoppervlak om de omvang en ruimtelijke verdeling van wrijvingsvergrendeling te modelleren die ervoor zorgt dat breukspanning zich ophoopt tussen aardbevingen.

Met Liefdeloos, het team creëerde aardbevingsscenario's op basis van GPS-schattingen van de huidige wrijvingsvergrendeling langs de Nankai-trog en voor het eerst rigoureus geteste methoden voor het creëren van potentiële toekomstige aardbevingsscenario's op basis van de GPS-metingen. Ze testten verschillende methoden voor het maken van een reeks op GPS gebaseerde aardbevingsscenario's en simuleerden de resulterende verplaatsing van het grondoppervlak en de overstromingen van de tsunami.

Baranes meldt dat ze vonden dat GPS-metingen van de huidige beweging van het aardoppervlak rond de Nankai-trog een aardbeving opleveren van een vergelijkbare omvang en omvang als de gebeurtenis in 1707, en hun gesimuleerde tsunami-hoogten komen overeen met historische verslagen van de gebeurtenis in 1707. Wat betreft het matchen van het geologische record van Lake Ryuoo, zij voegt toe, "Onze modelaardbevingsscenario's lieten zien dat het Bungo Channel-gebied zeven voet zakte en het barrièrestrand van Lake Ryuuoo van 13 naar zes voet verlaagde, zodat een tsunami met een haalbare hoogte voor een binnenland het meer gemakkelijk overstroomde."

Woodruff, die de studie uitvoerde als onderdeel van een Fulbright-beurs, zegt, "Hoewel onze methodiek goed werd ontvangen, ons resultaat voor het Bungo Channel werd met veel scepsis ontvangen. We moesten een onafhankelijke methode vinden om het te valideren." Ze schakelden Hyodo in, die eerder aardbevingsscenario's had gepubliceerd op basis van modellen van de fysieke kenmerken van de Nankai Trog. Zijn fysieke model leverde dezelfde gerichte bodemdaling op in het Bungo-kanaal, Woodruff meldt.

Baranes voegt eraan toe, "Zijn model was ook consistent met ons op GPS gebaseerde model in termen van aardbevingsmagnitude, verplaatsing van het grondoppervlak en overstromingen van de tsunami. Dit was een heel mooi resultaat, want naast het leveren van een onafhankelijke bewijslijn voor een aanzienlijk tsunami-gevaar in het Bungo-kanaal, we hebben een verband aangetoond tussen de fysieke kenmerken van de Nankai Trough en GPS-metingen van oppervlaktebewegingen."