Tsunami kan drabba USA:s storstäder när som helst

Det är det här skräckscenariot som geologerna försöker förutse. Genom att uppmärksamt lyssna på de ofarliga skakningarna hoppas de hitta ett mönster i de smygande jordskalven som kan avslöja det stora skalvet.

Hav och land skapar megaskalv

Jordens skorpa består av sju stora plattor av berg samt flera mindre plattor. Skorpans stela plattor ”flyter” på manteln, som befinner sig närmare jordens inre och därför är varm och mjuk. På vissa ställen kolliderar plattorna.

Om kollisionen sker mellan en tung platta med havsskorpor och en av de lättare kontinentalplattorna – som utgör landmassorna – pressas havsplattan in under landplattan och bildar en så kallad subduktionszon, där de allra kraftigaste jordskalven uppstår.

Eftersom enbart plattor av havsskorpor kan sjunka ner under andra plattor ligger subduktionszoner i princip alltid under havet. Det innebär också att jordskalv utlösta av subduktionszoner oftast resulterar i tsunamier, ett av planetens dödligaste naturfenomen.

Det var en subduktionszon som orsakade tsunamin i Sydostasien år 2004, som kostade 230 000 människor livet, den mest dödsbringande naturkatastrofen på flera årtionden. Det var även en subduktionszon som år 2011 orsakade tsunamin i Japan, där vågen bland annat ledde till att ett kärnkraftverk i distriktet Fukushima drabbades av en härdsmälta.

Jorden har 15 stora subduktions­zoner som noga övervakas av geologer runt­om i världen. I Stilla havet, drygt tio mil utanför nordvästra USA, sträcker sig den hundra mil långa subduktionszonen Cascadia från norra Kalifornien, förbi delstaterna Oregon och Washington, ända upp till den kanadensiska kusten.

För bara 50 år sedan visste emellertid ingen att Cascadia­förkastningen existerade. Därför är ingen av städerna längs kusten byggd för att kunna motstå katastrofen som lurar under havet.

Cascadia förklarar mystisk tsunami

Den långsträckta Cascadiaförkastningen höll sig dold till år 1970, eftersom den inte hade gett upphov till något jordskalv på hundratals år. Den enda aktiviteten har varit smygande jordskalv, som bara kan upptäckas genom noggranna analyser av seismiska data och mycket exakta gps-mätningar.

Forskarnas studier har visat att de svaga skakningarna vid nordvästra USA uppstår med exakt 14 månaders mellanrum och att de kan vara i upp till en månad i taget. Orsaken står att finna i havsbottens rörelser.

Under den 14 månader långa perioden rör sig havsplattan cirka tio millimeter österut för att under den följande månaden plötsligt röra sig cirka fem millimeter tillbaka västerut. Det är under rörelsen västerut som forskarna registrerar de små skakningarna och samtidigt – med hjälp av ultra-exakta gps-mätningar – kan se att landmassan förskjuts en aning.

De lugna skakningarna kommer en dag att utvecklas till ett regelrätt jordskalv, men eftersom något sådant aldrig har observerats vid Cascadia har en av forskarnas stora frågor varit hur kraftiga jordskalv förkastningen kan ge upphov till.

Det kom den japanske seismologen Kenji Satake och hans kollegor fram till år 1996, då de skärskådade sitt hemlands historia av tsunamier.

Japan upplever emellanåt jordskalv och tsunamier, och de har dokumenterats drygt 1 400 år tillbaka i tiden. I registren matchas varje jättevåg av ett föregående skalv. Kenji Satake och hans kollegor var extra intresserade av en tsunami som drabbade Japan den 27 januari år 1700. Enligt uppgift kom den nämligen utan att någon känt ett jordskalv.

I folkmun kallades därför vågen för ”den föräldralösa”. Kenji Satake misstänkte Cascadiaförkastningen på andra sidan Stilla havet, och hans aningar bekräftades snart av forskarnas övriga data.

Slutsatsen blev att ett skalv vid Cascadiaförkastningen utanför den nordvästamerikanska kusten i januari år 1700 måste ha skapat en våg som korsade Stilla havet på cirka elva timmar och nådde Japans kust. Där hade vågen fortfarande tillräckligt mycket energi för att vålla stora skador, vilket tyder på att Cascadia kan utlösa mycket kraftiga jordskalv.

Jordskalv är 77 år försenat

Sedan kopplingen mellan tsunamin i Japan år 1700 och skalvet utanför USA gjordes har amerikanska geologer borrat i havsbotten och hittat flera spår av hur Cascadia tidigare har betett sig.

Varje gång spänningarna i en subduktionszon utlöses i form av jordskalv rasar stora mängder lera, sand och grus nedför den sluttning under havsytan som utgör den synliga skiljelinjen mellan kontinental- och havsplattan.

Sediment från skalvet lägger sig i ett lager på botten som skiljer sig markant från övriga lager med finare partiklar. Genom att räkna de avvikande lagren kan forskarna se hur många jordskalv regionen har upplevt genom tiderna. Datering av lagren visar hur ofta det sker.

Geologen Brian Atwater vid United States Geological Survey i USA har studerat bottenprover från de senaste 10 000 åren och hittat 41 lager av rasmaterial i borrkärnorna. Därmed kan forskarna räkna ut att jordskalv från Cascadia i genomsnitt inträffar med 243 års mellanrum. Eftersom det senaste skalvet inträffade i januari år 1700 är nästa jätteskalv nu 77 år försenat.

Även inne på land i nordvästra USA finns spår efter tsunamin år 1700. Där har Brian Atwater kartlagt stora områden där träd drunknat i saltvatten och i dag står som nakna, döda stammar. På andra håll har han hittat lager av sand som spolats flera kilometer in i landet från kusten.

Mot bakgrund av skadorna på naturen för snart 320 år sedan och de historiska källorna om vågens höjd i Japan är det möjligt att uppskatta styrkan i det gamla skalvet.

Forskarna tror att det låg någonstans mellan 8,7 och 9,2 på den så kallade momentmagnitudskalan, geologernas nya skala för mätning av jordskalv som på ett mer exakt sätt än föregångaren richterskalan visar hur mycket energi ett jordskalv friger. Ett skalv med styrka 9 ligger högt på topp tio-listan över alla tiders jordskalv.

En miljon byggnader krossas

Den reella effekten av ett nytt Cascadia-skalv med styrka 9 kan fastslås med hjälp av datorsimulationer.

Geofysikern Erin Wirth vid University of Washington i USA har gjort 50 simulationer av hur skalvet kan utvecklas. I vissa fall placerades det så kallade hypocentrumet, den underjordiska punkten i subduktionszonen från vilken skalvet utgår, nära exempelvis Seattle, medan det i andra fall förlades långt därifrån. Hon experimenterade även med vilka delar av förkastningen som var mest aktiva i skalvet.

Med dessa små skillnader i förutsättningar uppstod femtio olika skalv, som visade vilka områden som kommer att drabbas under alla omständigheter och vilka som i vissa fall klarar sig något bättre.

Erin Wirths simulationer visar bland annat att om hypocentrum ligger rakt under Seattle eller någon annan storstad i regionen så kommer jordskalvet att spridas bort från staden, vilket gör att den klarar sig relativt bra. Det kan däremot gå illa om hypocentrum i stället ligger en bit bort, så att rörelsen längs förkastningen riktas mot staden.

I samtliga scenarion finns områden i delstaterna Washington och Oregon som drabbas så hårt att de närmast läggs i ruiner, men exakt vilka är fortfarande oklart.

Effekterna av skalvet är svåra att förutsäga, men vi vet mer om tsunamin. Beräkningar vid Washington State Department of Natural Resources, USA, på våren 2018 visar att det på vissa håll lär resa sig en uppemot 30 meter hög mur av vatten. Vågen kommer att nå flera kilometer in i landet.

Även den amerikanska myndigheten Fema har försökt beräkna ödeläggelsen av ett stort Cascadiaskalv och en därpå följande tsunami. De tror att omkring en miljon byggnader kommer att antingen totalförstöras eller skadas kraftigt. Det samma gäller hälften av alla motorvägsbroar samt två tredjedelar av järnvägarna och sjukhusen.

Rörelser avslöjar nästa skalv

Forskningen visar alltså att nästa skalv från Cascadia är nära förestående och att konsekvenserna var omfattande senast det hände.

Därför fokuserar forskarna nu på när nästa skalv kommer att inträffa. Statistiken säger att det kan ske antingen i morgon eller om upp till hundra år. En sådan osäkerhet är omöjlig att planera utifrån, både för myndigheterna och regionens invånare. Men kanske finns det snart hjälp att få.

Efter skalvet och tsunamin i Japan den 11 mars 2011, som ledde till att närmare 16 000 personer miste livet, gick forskarna igenom äldre data från förkastningen. Det var uppenbart att det faktiskt funnits förvarningar veckorna före katastrofen.

I februari samma år smög sig två djupa, långsamma skakningar fram längs subduktionszonen mot exakt den punkt där den explosiva urladdningen av seismisk energi en månad senare orsakade katastrofen.

Forskarnas teori är att de långsamma rörelserna minskar friktionen mellan de två sidorna av förkastningen i subduktionszonens nedre delar. De smygande jordskalven ökar risken för riktiga jordskalv eftersom det är den sammanlagda friktionen i hela förkastningen som hindrar ett jordskalv.

Den insikten har fått en grupp japanska och amerikanska forskare att studera 28 år av japanska jordskalvsdata.

De första resultaten tyder på att de extremt långsamma skakningarna längs subduktionszonerna accelererar under månaderna och veckorna före skalvet och att accelerationen kan mätas av gps-enheter på ytan. Alla subduktionszoner är dock unika, så ingen vet exakt vad man ska leta efter.

Om de smygande skalven plötsligt ändrar rytm eller försvinner kommer forskarna att se det som en förvarning om en nära förestående katastrof.

Därmed kan de smygande jordskalven bli den nyckel som öppnar för ett mer exakt och användbart varningssystem för stora jordskalv.