Tietoa maanjäristyksistä

Instituutin yhteystiedot:
PL 68 (Gustaf Hällströmin katu 2b)
00014 Helsingin yliopisto
puh. (09) 1911 (yliopiston vaihde)
fax (09) 191 51598

Tsunamien syntymekanismista ja käyttäytymisestä

Tehostekuva

Tsunamin yleisin syntysyy on merenalainen maanjäristys. Maanjäristysten lisäksi merenalaiset maanvyörymät (jotka toisinaan seuraavat suuria maanjäristyksiä) ja tulivuorenpurkaukset saattavat synnyttää tsunamin. Suuret maanvyörymät ja meteoriitti-impaktit voivat aiheuttaa vesimassaan häiriön myös vesimassan yläpuolelta. Yleisesti ottaen tällaisten lähteiden aiheuttamat tsunamit vaimenevat nopeasti toisin kuin laaja-alaisten merenpohjan häiriöiden aiheuttamat tsunamiaallot. Tarpeeksi suuri maanvyörymä tai impakti saattaisi kuitenkin aiheuttaa useita satoja metrejä korkean megatsunamin, kun taas maanjäristysten synnyttämien tsunamien mahdolliseksi enimmäiskorkeudeksi on arvioitu 30-40 metriä.

Tähän mennessä kaikkein tuhoisimmat tsunamit ovat syntyneet sellaisten suurten ja matalien maanjäristysten seurauksena, joiden episentri tai siirroslinja on ollut lähellä merenpohjaa tai merenpohjassa. Yleisesti on esitetty, että maanjäristyksen tulee olla magnitudiltaan vähintään 7,0 tai 7,5 ja aiheuttaa merenpohjassa suuria vertikaaleja liikuntoja synnyttääkseen tsunamin. Tällaisia järistyksiä tapahtuu subduktiovyöhykkeillä. Suuri seismisyys subduktiovyöhykkeillä johtuu laattojen törmäyksestä toisiinsa (Lisää laattatektoniikasta Oulun yliopiston sivuilla: http://www.oulu.fi/astronomy/planetology/TerrPlanets/laattatektoniikka.html; USGS (U.S. Geological Survey): Major tectonic plates: http://geology.er.usgs.gov/eastern/plates.html). Tyypillisesti tsunamigeeninen (ts. tsunamin aiheuttava) merenalainen maanjäristys synnyttää 3-5 aaltorintamaa, joista toinen tai kolmas on yleensä suurin. Rannalle saapuvista aalloista ensimmäinen ei yleensä siis ole tuhovoimaisin, vaan vasta perästä joidenkin minuuttien jälkeen saattaa seurata varsinaisen tuhon aiheuttava aalto.

Avomerellä tsunamiaalloilla on erittäin pitkät periodit (aika joka kuluu seuraavan aallon harjan saapumiseen pisteeseen, kun edellinen harja on ohittanut kyseisen pisteen), minuuteista tunteihin, ja erittäin pitkät aallonpituudet (jopa useita satoja kilometrejä). Tyypillisillä tuulen synnyttämillä aalloilla periodit ovat 10 sekunnin luokkaa ja aallonpituudet noin 150 metriä. Aaltoja kutsutaan matalan veden aalloksi, kun veden syvyyden ja aallonpituuden suhde saa hyvin pieniä arvoja. Koska tsunameilla on erittäin pitkät aallonpituudet, tsunamit käyttäytyvät syvissä valtamerissä kuin matalan veden aallot. Matalan veden aallot etenevät nopeudella, joka saadaan gravitaation kiihtyvyyden (9,81 m/s2) ja veden syvyyden tulon neliöjuuresta. Esimerkiksi siis Intian valtameressä, jossa keskimääräinen merensyvyys on likimain 4000 metriä, tsunami etenee noin 200 m/s (720 km/h). Edetessään tsunami menettää hyvin vähän alkuperäisestä energiastaan. Energia vaimenee kääntäen verrannollisena aallonpituuteen, eikä vaimeneminen näin ollen vaikuta pitkilläkään matkoilla suuresti, kun etenevän aallon aallonpituus on useita satoja kilometrejä. Siten tsunami voi aiheuttaa tuhoa vielä tuhansien kilometrien päässä lähteestään useiden tuntien kuluttua syntymisestään. Rantaa lähestyttäessä meri mataloituu. Meren ollessa 40 metriä syvä tsunamin nopeus on vastaavasti noin 20 m/s (72 km/h), mikä on paljon vähemmän kuin nopeus avomerellä, mutta edelleen niin suuri, että aaltoja on mahdotonta juosta karkuun enää silloin, kun ne ovat näköetäisyydellä.

Tsunamiaallot saapuvat rannalle sarjana aallonharjoja (korkea vedenpinnan taso) ja aallonpohjia (matala vedenpinnan taso) –tavallisesti 10-45 minuutin välein. Kun tsunamiaallot saapuvat rannikoiden, lahtien tai satamien mataliin vesiin, niiden nopeus putoaa huomattavasti avomeren suurista nopeuksista. Tällöin kauempana rannikolta nopeammin etenevät tsunamiaallot saavuttavat rannikon tuntumassa hitaammin eteneviä aaltoja, jolloin aallot puristuvat kasaan; aallonpituus lyhenee ja veden mataloituessa aaltoenergia suuntautuu ylöspäin lisäten aallonkorkeutta huomattavasti. Vaikka aallonpituus lyheneekin rannikolle tultaessa, tsunamiaaltojen aallonpituudet ovat aallon rantautuessa kuitenkin tyypillisesti vielä kymmeniä kilometrejä. Näin ollen saattaa siis kestää useita minuutteja ennen seuraavan aallonharjan iskeytymistä rantaan. Riippuen veden syvyydestä ja rannan muodoista aallot saattavat myös taittua laaja-alaisesti, jolloin energia voi suuntautua tietyille alueilla ja siten lisätä aallonkorkeuksia entisestään. Vaikka tsunamiaalto olisi ollut vähemmän kuin metrin korkuinen avomerellä, se saattaa kasvaa 30-35 metriseksi rannalla. Usein tsunamit kuvataan jättiläismäisinä aallonharjoina, vaikka ne harvoin (jos koskaan) näyttävät todellisuudessa sellaisilta. Tsunami saattaa iskeä rantaan vesiseinänä tai ilmetä nopeasti liikkuvana tulvana tai vuorovetenä -kuljettaen kaiken tielleen osuvan mukanaan. Yksittäisen tsunamiaallon aiheuttama tulvinta voi kestää joistakin minuuteista noin puoleen tuntiin, jolloin tsunamivaara voi kaikkiaan kestää useita tunteja. Kaikissa ilmenemismuodoissaan tsunami on merkittävä uhka ihmishengille ja omaisuudelle. Ennen tsunamin saapumista vesi yleensä joko pakenee rannalta tai tulvii rannalle riippuen tsunamin synnyttäneen lähteen aiheuttamasta aaltomuodosta. Matalilla rannoilla meri saattaa vetäytyä (tai tulvia) useiden satojen metrien päähän alkuperäisestä rantaviivasta useita minuutteja tai kymmeniä minuutteja ennen tsunamin saapumista. Tällöin ei ole aikaa jäädä ihmettelemään outoa luonnonilmiötä, vaan on syytä kiiruhtaa turvaan korkeammille paikoille (ohjeita tsunamin varalle).

Tsunamin saavuttamaa enimmäiskorkeutta rannalla kutsutaan runup-korkeudeksi. Tarkalleen runup-korkeus on vertikaali etäisyys tsunamin rannalla saavuttaman korkeuden ja keskimerenpinnan välillä. Yli metrin runup-korkeus on aina vaarallinen. Kussakin pisteessä runup-korkeus riippuu energian keskittymisestä, tsunamiaaltojen kulkureitistä sekä rannan ja rannikon muodoista. Esimerkiksi pienillä saarilla, jotka nousevat jyrkästi merestä, tsunamiaaltojen runup-korkeudet ovat yleensä hyvin matalia –ainoastaan hieman enemmän kuin aallonkorkeudet avomerellä. Riskialueita tsunamiaaltojen kannalta ovat sellaiset saaret joilla ei ole koralliriuttoja turvanaan ja joiden edustalla leveät matalat lahdet johdattelevat avomerelle. Tällaisia alueita ovat mm. Havaiji ja Marquesas-saaret. Esimerkiksi vuonna 1946 Aleutien saarilla maanjäristyksen seurauksena syntyneen tsunamin runup-korkeus oli Hilon lahdella Havaijilla 8 m ja vastaavasti Marquesas-saarilla Tahaukun lahdella 10 m; yhteensä 59 ihmistä sai tuolloin surmansa kyseisillä alueilla. Myös aukko saaria suojaavassa koralliriutassa aiheuttaa paikallisesti kohonneen riskitason. Vuoden 1953 Suvan maanjäristyksen seurauksena syntynyt paikallinen tsunami aiheutti vain vähän tuhoa Fiji-saarilla suojaavien koralliriuttojen takia. Kuitenkin Viti Levun saarella kaksi kylää tuhoutui koralliriutan aukkojen kohdilta.

Kuten kaikki aallot, tsunamit etenevät lähteestään poispäin. Tällöin rannikot, jotka ovat suurien maa-alueiden 'varjossa', ovat yleensä turvassa. Tsunami voi kuitenkin diffraktoitua maa-alueiden ympäri, kuten tapahtui Intian valtameren tsunamin yllättäessä myös Keralan asukkaat Intian länsirannikolla. Tsunamien ei myöskään tarvitse olla symmetrisiä, ne voivat olla tuhovoimaisimpia jossakin tietyssä suunnassa riippuen tsunamin synnyttäneestä lähteestä ja maan pinnanmuodoista. Koska Intian valtameren maanjäristyksen liikauttama siirroslinja (noin 1200 km) oli lähes pohjois-etelä-suuntainen, tsunamiaaltojen suurin tuhovoima vaikutti itä-länsi-suunnassa (Intian valtameren tsunamista).

 

Lisälukemista ja taustatietoa:

Hyvönen, T., 1995. Tsunamit ja maanjäristykset. Helsingin yliopiston Seismologian laitoksen raportti T-62, 38 s.

Atwater, Brian, et al. Surviving a tsunami--Lessons from Chile, Hawaii, and Japan. US Geological Survey Circular 1187. Also: http://pubs.usgs.gov/circ/c1187/

Gonzalez, Frank I. "TSUNAMI!” . Scientific American 21(12) (May 1999): 56-65. Also: http://www.sciam.com/print_version.cfm?articleID=000B6F41-8BC1-1C71-9EB7809EC588F2D7

Tsunamilinkkejä