Pääsiäispäivän maanjäristyksen mekanismista; Miksi maanjäristys ei aiheuttanut tuhoisaa tsunamia?

Pääsiäispäivän maanjäristys (28.3.2005; tapahtuma-aika (UTC) 16:09:36 eli 19:09:36 Suomen aikaa; voimakkuus 8,7) tapahtui Australian laatan ja Sunda-laatan rajalla. Maanjäristys aiheutui Australian laatan subduktoituessa Sunda-laatan alle syntyneiden jännitysten vapautumisesta. Järistys tunnettiin laajalti Kaakkois-Aasiassa ja kyseessä on seitsemänneksi suurin järistys sitten vuoden 1900. Järistyksen jälkeen alueella on tapahtunut lukuisia jälkijäristyksiä.

Australian laatta aloittaa vähittäisen laskeutumisen vaippaan Sundan haudassa (kutsutaan myös Javan haudaksi), joka sijaitsee lounaaseen maanjäristyksen episentristä (Kuva alla). Maanjäristyksen alueella Australian laatta liikkuu koilliseen noin 5 cm vuodessa suhteessa Sunda-laattaan. Tämä johtaa laattojen vinottaiseen lähenemiseen Sundan haudassa. Tällainen vinottainen läheneminen jakaantuu alityöntösiirrokseen laattojen rajalla (tällöin siirtymä on kohtisuorassa Sundan hautaan nähden) sekä sivuittaissiirroksiin, jotka esiintyvät 200-300 kilometrin päässä Sundan haudasta (tällöin siirtymä on Sundan haudan suuntainen). Pääsiäispäivän järistys aiheutui alityöntösiirroksen liikkeen seurauksena.Todennäköisesti pääsiäispäivän järistyksen laukaisi tapaninpäivänä sattuneen maanjäristyksen synnyttämät jännitystilojen muutokset alueella. Pääsiäispäivän maan äristys tapahtui noin 160 kilmetriä kaakkoon tapaninpäivän järistyksen episentristä.

Yleisesti on esitetty, että maanjäristyksen tulee olla magnitudiltaan vähintään 7,0 tai 7,5 ja aiheuttaa merenpohjassa suuria vertikaaleja liikuntoja synnyttääkseen tsunamin (tsunamien syntymekanismista ja käyttäytymisestä). Vaikka pääsiäispäivän maanjäristys oli magnitudiltaan 8,7; se ei kuitenkaan aiheuttanut suurta tsunamia toisin kuin tapaninpäivän maanjäristys (magnitudiltaan 9,0), joka aiheutti tuhoisimman tsunamin rekisteröidyssä historiassa (tapaninpäivän tsunamista lisää täällä). Pääsiäispäivän järistys synnytti pienen tsunamin, joka rekisteröitiin Intian valtameren vuorovesiasemilla. Tsunami oli hyvin pieni (ts. sen aiheuttamat vedenpinnan vaihtelut olivat suurimmalla osalla Intian valtameren ranta-alueista niin pieniä, ettei niitä havaittu paljain silmin), ja aiheutti vain hyvin vähäisiä tuhoja. Tyynenmeren tsunamivaroituskeskuksen mukaan vuoroveden vaihteluita rekisteröivät asemat havaitsivat vähäisiä muutoksia mm. Australian Cocos-saarilla (noin 10-20 cm), Malediiveilla (noin 15 cm) ja Sri Lankassa (noin 25-30 cm). Paikallisesti aallon korkeus on ollut enimmillään noin 3 metriä.

Pääsiäispäivän tsunamin kulkuaikamalleja:
http://ioc.unesco.org/indotsunami/2803sumatra_eq/traveltime.htm

Pääsiäispäivän maanjäristys ei synnyttänyt suurta tsunamia, koska maanjäristyksestä aiheutuneet vertikaalit (pystysuorat) liikunnot merenpohjassa eivät olleet tarpeeksi suuria suuren tsunamin synnyttämiseksi. Paitsi että tapaninpäivän maanjäristys oli pääsiäispäivän maanjäristystä suurempi (tapaninpäivän järistyksessä vapautui energiaa 3 kertaa enemmän kuin pääsiäispäivän järistyksessä: (enemmän maanjäristysten suuruuksien vertailusta yleisesti täällä), tsunamin synnyn kannalta olennaiset vertikaaliliikunnot merenpohjassa olivat tapaninpäivän järistyksessä huomattavasti massiivisempia kuin pääsiäispäivänä. Tapaninpäivän maanjäristyksen seurauksena merenpohja nousi enimmillään noin 5 metriä vertikaalisti ylöspäin likimain 400 kilmetriä pitkällä murtumalinjavyöhykkeellä (välittömien jälkijäristysten seurauksena murtumalinjan kokonaispituus oli yli 1200 km; lisää maanjäristyksen mekanismista täällä). Pääsiäispäivän maanjäristyksen seurauksena merenpohja puolestaan nousi enimmillään noin 3 metriä ylöspäin likimain 300 kilometriä pitkällä murtumalinjavyöhykkeellä. Pääsiäispäivän järistyksen aiheuttamat vertikaaliliikunnot merenpohjassa olivat kuitenkin 3 metrin luokkaa vain suhteellisen pienillä alueilla murtamalinjavyöhykettä ja enimmäkseen merenpohjan pystysuorat liikunnot olivat vajaan metrin, kun taas tapaninpäivän järistyksen seurauksena merenpohja liikkui vertikaalisti useita metrejä hyvin suurella alueella. Lisäksi meren syvyys oli pääsiäispäivän järistyksen episentrin yläpuolella huomattavasti vähemmän (noin 500 metriä) kuin tapaninpäivän maanjäristyksen episentrin yläpuolella (noin 1500 metriä).

Tapaninpäivän maanjäristyksen siirroksen repeämämalli USGS:n sivuilla: http://neic.usgs.gov/neis/eq_depot/2004/eq_041226/neic_slav_ff.html

Pääsiäispäivän maanjäristyksen siirroksen repeämämalli: http://neic.usgs.gov/neis/eq_depot/2005/eq_050328/neic_weax_ff.html

Tärkein tsunamin kokoon vaikuttava tekijä on tsunamin aiheuttavan maanjäristyksen seisminen momentti; ts. mitä suurempi maanjäristys sitä todennäköisemmin syntyy suurempi tsunami. Maanjäristyksen syvyydellä ja siirrosmekanismilla on vähemmän vaikutusta tsunamin kokoon. Lähdesyvyyden kasvu vähentää kuitenkin merenpohjan voimakkaiden liikuntojen todennäköisyyttä, joskin toisaalta taas laajentaa muodonmuutosaluetta heikentäen siten meren poikki etenevien aaltojen toisiaan vaimentavaa summautumista. Lisäksi matalat työntösiirrokset ovat muita siirrosmekanismeja tehokkaampia, sillä ne saavat aikaan yhtenäisen sysäyksen lähteen yläpuolelle. Tapaninpäivän ja pääsiäispäivän järistykset tapahtuivat suunnilleen samoilla syvyyksillä ja niiden siirrosmekanismit olivat samankaltaiset. Lähteen suunnan vaikutuksen tunteminen on olennaista; maanjäristyksen murtumaominaisuuksien vaikutus tsunamin syntyyn ja kokoon on suuri. Merkittävä tsunamin aiheuttavien maanjäristysten piirre on lisäksi pitkä lähdemurtumisen kesto. Kuitenkin tapaninpäivän ja pääsiäispäivän järistysten murtumanopeudet olivat likimain yhtäsuuret. Näin ollen alustavaksi arvioksi sille, ettei pääsiäispäivän järistys aiheuttanut suurempaa tsunamia (verrattaessa tapaninpäivän tsunamin tuhovoimaan), jää tapaninpäivän ja pääsiäispäivän järistysten murtumaominaisuuksien eroavaisuuet; ts. erot järistysten aiheuttamissa pystysuorissa liikunnoissa merenpohjassa. Myös tsunamin etenemisreitillä on merkittävä vaikutus tsunamiaallon amplitudiin. Merenpohjan topografian muutokset vaikuttavat tsunamiaallon nopeuteen, jolloin voimakkaasti muuttuvassa merenpohjan topografiaympäristössä aallot saattavat keskittyä tai hajaantua voimakkaasti. Tällaisten arvioiden tekeminen edellyttäisi kuitenkin merenpohjan topografian tarkkaa tuntemusta.

Tsunamilaboratorion (Tsunami Laboratory, Russia: http://tsun.sscc.ru/tsulab/tsun_hp.htm) sivuilla on esitetty kuvaajat tapaninpäivän järistyksessä syntyneen tsunamin ja pääsiäispäivän
järistyksessä syntyneen tsunamin havaintoihin perustuvista intensiteeteistä (kuvaa tsunamin suuruutta) suhteessa muihin historiallisiin eri suuruusluokan maanjäristyksissä syntyneisiin
tsunameihin (Tapaninpäiväivän maanjäristyksen kuvaaja ja Pääsiäispäivän maanjäristyksen kuvaaja). Kuvaajien perusteella voidaan havaita, että tapaninpäivän tsunamin intensiteetti oli lähes teoreettinen maanjäristyksen suuruusluokkaan nähden, kun taas pääsiäispäivän tsunamin intensiteetti on teoreettista pienempi. Kuvaajissa havaintoihin perustuva intensiteetti (I) on laskettu käyttäen Soloviev-Imamuran intensiteettiskaalaa, jossa I = 1/2 + log2 (Hav) ja Hav on keskimääräinen tsunamin runup-korkeus jollakin osalla lähintä rannikkoa tsunamilähteeseen nähden. Teoreettinen intensiteetti on kuvaajissa esitetty punaisena suorana. Tsunamin teoreettinen intensiteetti saadaan kaavan I = Mw*3.55 - 27.1 avulla, missä Mw on maanjäristyksen momenttimagnitudi. Tällöin teoreettinen intensiteetti pääsiäispäivän tsunamille olisi noin 3.4, kun taas havaintoihin perustuva saa likimain arvon 2. Kuvaajista on kuitenkin nähtävissä, että hajonta maanjäristyksen suuruuden ja syntyneen tsunamin intensiteetin välillä on yleisestikin historiallisessa aineistossa suurta. Näin ollen pääsiäispäivän tsunami ei ole ainoa laatuaan historiallista aineistoa tarkasteltaessa. Pääsiäispäivän järistyksen kokoluokkaan nähden tsunami olisi kuitenkin periaatteessa voinut olla hyvinkin tuhovoimainen, ainakin paikallisesti lähellä tsunamilähdettä. Pääsiäispäivän tsunamia tullaan jatkossa tutkimaan kansainvälisen tiedeyhteisön toimesta ja näin ollen tarkempaa tietoa pääsiäispäivän tsunamin synnyttäneestä mekanismista tultaneen saamaan jo lähikuukausien aikana. Sumatran lähialueiden historialliset tsunamin aiheuttaneet järistykset suhteessa aiheutuneen tsunamin kokoon on esitetty seuraavan linkin takana: http://tsun.sscc.ru/tsulab/20050328tsun.htm.

Lisälukemista ja taustatietoa:
Hyvönen, T., 1995. Tsunamit ja maanjäristykset. Helsingin yliopiston Seismologian laitoksen raportti T-62, 38 s.
Ward, S. Tsunamis: http://www.es.ucsc.edu/~ward/papers/tsunami_ency.pdf

Lisää pääsiäispäivän maanjäristyksestä:

USGS: http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2005/usweax/
Tsunami Laboratory, Russia: http://tsun.sscc.ru/tsulab/20050328.htm

Kartta tapahtuma-alueesta. Oranssilla tähdellä on merkitty tapaninpäivän 2004 maanjäristys ja keltaisella pääsiäispäivän 2005 järistys.

map