Tsunami voi pyyhkäistä USA:n suurkaupunkien yli milloin tahansa

Toistaiseksi kyseessä on kauhuskenaario. Yhdysvaltalaisgeologien tehtävänä on ennustaa jättiläisjäristys ajoissa, jotta siihen voidaan varautua. He uskovat löytäneensä vaarattomista hiipivistä järistyksistä toistuvan kuvion, joka kertoo, milloin iso rytinä on tulossa.

Meri ja maankuori tekevät tuhoa

Maapallon kuori koostuu seitsemästä suuresta laatasta ja isommasta joukosta pienempiä laattoja. Laatat ovat jäykkää kiviainesta, ja ne ikään kuin kelluvat sulasta kiviaineesta koostuvan Maan vaipan päällä. Vaippa on liikkeessä, ja maankuoren laatat liikkuvat sen mukana.

Paikoin laatat törmäävät toisiinsa. Jos törmäävistä laatoista toinen on merenpohjan laatta ja toinen mannerlaatta, merenpohjan laatta painuu mannerlaatan alle, koska merenpohjan laatan kiviaines on raskaampaa kuin mannerlaatan. Vajoamis­kohtaan muodostuu niin sanottu subduktiovyöhyke. Rajuimmat maanjäristykset tapahtuvat juuri näillä alueilla.

Koska vain merenpohjan laatat painuvat naapurilaattojen alle, subduktiovyöhykkeet sijaitsevat melkein aina merenpohjassa. Siksi subduktiovyöhykkeillä syntyvät järistykset aiheuttavat useimmiten tsunamin. Tsunami on hyökyaalto, joka muodostuu, jos laattojen törmäyksessä merenpohja romahtaa ja meri on alueella hyvin syvä.

Vuonna 2004 Intian valtameressä Indonesian edustan subduktiovyöhykkeessä tapahtunut maanjäristys synnytti tsunamin, joka vei 230 000 ihmisen hengen. Se oli tuhoisin luonnonkatastrofi vuosikymmeniin. Tsunami, joka aiheutti muun muassa Fukushiman ydinvoimalaonnettomuuden Japanissa 2011, sai niin ikään alkunsa subduktiovyöhykkeen maanjäristyksestä.

Maapallolla on 15 merkittävää subduktiovyöhykettä, joita geologit pitävät silmällä jatkuvasti. Yksi niistä on niin sanottu Cascadian siirros Tyynessämeressä noin sadan kilometrin päässä Pohjois-Amerikan länsirannikosta. Se on noin tuhannen kilometrin pituinen alue, joka ulottuu Pohjois-Kaliforniasta Oregonin ja Washingtonin osavaltioiden ohi Kanadan rannikolle asti.

Vielä lähes 50 vuotta sitten ei tiedetty, että Cascadian siirros on edes olemassa. Siksi rannikon suurkaupunkeja ei ole rakennettu kestämään mereltä tulevaa tuhoa.

Cascadia selitti orvon tsunamin

Cascadian siirroksen olemassaoloa ei havaittu ennen vuotta 1970, koska se ei ollut aiheuttanut varsinaista maanjäristystä satoihin vuosiin. Se on tuottanut vain hiipiviä järistyksiä, joita nykyään pystytään havainnoimaan seismisillä mittauksilla ja satelliittiseurannalla.

Havainnoinnin perusteella tiedetään nyt, että hiipivät järistykset toistuvat Yhdysvaltojen luoteisosissa 14 kuukauden välein ja ne voivat jatkua jopa kuukauden yhteen menoon.

14 kuukauden välijakson aikana merenpohjan laatta liikkuu noin kymmenen millimetriä itään päin. Sitten se yhtäkkiä kuukauden ajan peruuttaa noin viisi millimetriä takaisin länteen. Hiipivät hiljaiset tärähdykset syntyvät juuri peruutusvaiheessa. Samalla satelliitit rekisteröivät pienen muutoksen laatan sijainnissa.

Jonain päivänä hiipivät tärähdykset tuottavat varsinaisen maanjäristyksen, mutta koska sinä aikana, kun Cascadian siirros on tunnettu, sellaista ei ole tapahtunut, tutkijoilla ei varmuutta siitä, miten voimakas tuleva järistys voi olla.

Osviittaa siitä kuitenkin saatiin Tyynenmeren toiselta puolelta, kun japanilainen seismologi Kenji Satake kollegoineen alkoi vuonna 1996 tutkia oman maansa tsunamihistoriaa.

Maanjäristykset ja tsunamit koettelevat Japania toistuvasti. Niitä on merkitty historiankirjoihin yli 1 400 vuoden ajalta. Sataken tutkijaryhmää kiinnosti erityisesti 27. tammikuuta 1700 Japanin rannikkoa runnellut tsunami, koska siihen ei tuntunut liittyvän maanjäristystä. Kansantarinoissa sitä kutsuttiinkin orvoksi tsunamiksi.

Satake epäili, että tsunamin syynä oli voinut olla maanjäristys Tyynenmeren toisella laidalla Cascadian siirroksessa. Epäily osoittautui oikeaksi.

Pohjois-Amerikan länsirannikolla tammikuussa 1700 tapahtunut maanjäristys synnytti hyökyaallon, joka ylitti Tyynenmeren 11 tunnissa ja iski Japanin rannikolle. Tsunami teki Japanissa niin pahaa jälkeä, että Cascadian siirroksessa tapahtuneen järistyksen on täytynyt olla todella raju.

Katastrofi on 77 vuotta myöhässä

Sen jälkeen kun Japanin vuoden 1700 tsunami paljastui Cascadian siirroksen tekosiksi, yhdysvaltalaisgeologit ovat tehneet porauksia merenpohjassa ja löytäneet lisää merkkejä Cascadian rajusta menneisyydestä.

Aina kun subduktiovyöhykkeeseen patoutuneet jännitteet purkautuvat varsinaisena maanjäristyksenä, vajoaa suuria määriä savea, hiekkaa ja soraa merenpohjan laatan ja mannerlaatan väliin.

Niiden kerrostumat on helppo erottaa merenpohjan muista kerrostumista. Laskemalla, miten monta poikkeavaa kerrosta merenpohjassa on, voidaan päätellä, miten monta suurta maanjäristystä alueella on ollut. Määrittämällä kerrostumien iät voidaan laskea, miten usein järistyksiä on tapahtunut.

Brian Atwater Yhdysvaltojen geologisesta tutkimuslaitoksesta USGS:stä on tutkinut merenpohjasta otettuja näytteitä, joista vanhimmat ovat 10 000 vuoden takaa. Hän on löytänyt niistä merkkejä 41 maanjäristyksestä. Niistä voidaan päätellä, että Cascadian siirroksessa tapahtuu maanjäristyksiä keskimäärin 243 vuoden välein. Viimeisin järistys on kuitenkin vuodelta 1700, joten tilastojen mukaan alueella olisi pitänyt järistä jo 77 vuotta sitten.

Myös Yhdysvaltojen rannikolla on jälkiä vuoden 1700 tsunamista. Atwater on kartoittanut laajoja alueita, missä puut ovat aikoinaan olleet meriveden peitossa ja jäljellä on nykyisin vain lahoja runkoja. Myös merenpohjan hiekkaa on löydetty kilometrien päästä rannasta.

Luonnossa olevien jälkien ja Japanissa muistiin kirjattujen tietojen perusteella voidaan arvioida, miten raju järistys Cascadian siirrosta ravisteli 319 vuotta sitten.

Tulokseksi on saatu 8,7–9,2 niin sanotulla momenttimagnitudiasteikolla. Se on uusi asteikko, joka antaa varsinkin suurten maanjäristysten voimakkuudesta tarkemman arvion kuin vanha Richterin asteikko. Momenttimagnitudi perustuu maanjäristyksessä vapautuvan energian määrään. Järistys, jonka magnitudi on 9, sijoittuu kymmenen rajuimman tunnetun maanjäristyksen joukkoon.

Miljoona rakennusta murskaksi

Tulevan järistyksen seurauksia voidaan arvioida tietokonemallien avulla. Washingtonin yliopiston geofyysikko Erin Wirth on tutkinut 50 eri tietokonemallilla, miten järistys voi edetä. Lähtökohtia muuttamalla Wirth loi Cascadian siirroksen alueelle 50 erilaista mahdollista maanjäristystä, joiden magnitudi on 9.

Osassa järistyskeskus oli lähellä Seattlea, toisissa kaukana siitä. Myös järistyksen syntykohta siirroksessa vaihteli eri malleissa. Näin saatiin kuva siitä, mitkä alueet ovat pahimmassa vaarassa ja missä selvitään pienemmillä tuhoilla.

Wirthin mallit osoittavat muun muassa, että jos järistyskeskus on Seattlen tai muun suurkaupungin alla, pahimmat tuhot ovat kaupungin ulkopuolella. Jos taas järistyskeskus on kaupungin ulkopuolella ja järistys kulkee siirrosta pitkin kohti kaupunkia, syntyy pahaa jälkeä. Kaikissa malleissa pahimmat tuhot osuivat Washingtonin ja Oregonin osavaltioiden puolelle. Aivan tarkkaa aluetta ei osata sanoa.

Maanjäristyksen seurauksia ei voida tarkkaan ennustaa, mutta tsunamin mittojen arviointi on helpompaa.

Washingtonin osavaltion luonnonvaraministeriössä keväällä 2018 tehdyn arvion mukaan tsunamin synnyttämä hyökyaalto olisi paikoin 30 metriä korkea ja yltäisi kilometrien päähän sisämaahan.

Myös USA:n liittovaltion hätävalmiusvirasto FEMA on yrittänyt arvioida järistyksen ja sitä seuraavan tsunamin tuhoja. Sen mukaan ainakin miljoona rakennusta murskautuisi kokonaan tai vaurioituisi pahasti. Hävitys koskisi myös kaikkia alueen moottoritiesiltoja, kahta kolmasosaa rautateistä ja kahta kolmasosaa sairaaloista.

Hiipivä järistys vihjaa tuhosta

Tutkimusten mukaan Cascadian siirroksessa voi rytistä piankin ja viimeksi seuraukset olivat katastrofaaliset.

Nyt yritetään selvittää seuraavan järistyksen ajankohta. Tilastojen mukaan se voi olla yhtä hyvin huomenna kuin sadan vuoden kuluttua. Onneksi tutkijoilla alkaa olla keinoja hieman tarkempaankin ajanmääritykseen.

Japania riepottelivat 11. maaliskuuta 2011 maanjäristys ja tsunami, jotka vaativat lähes 16 000 ihmisen hengen. Järistyksen jälkeen tutkijat analysoivat seismografisia tietoja ja huomasivat, että niistä oli selvästi havaittavissa kuvio, joka ennakoi järistystä. Jo helmikuussa siirrosta pitkin eteni kaksi matalataajuista hidasta järistystä kohti pistettä, jossa energia kuukautta myöhemmin purkautui räjähdysmäisesti.

Teorian mukaan hitaasti etenevät liikkeet vähentävät kitkaa siirroksen reunoilla subduktiovyöhykkeen alaosissa. Koska juuri kitka estää laattoja liikahtamasta, hiipivät järistykset lisäävät varsinaisen maanjäristyksen todennäköisyyttä.

Japanilaiset ja yhdysvaltalaiset tutkijat ovat testanneet teoriaa tutkimalla tietoja Japanin maanjäristyksistä 28 vuoden ajalta.

Näyttää siltä, että pitkittäin subduktiovyöhykkeessä kulkevat hiipivät järistykset kiihtyvät varsinaista maanjäristystä edeltävinä viikkoina ja kuukausina ja kiihtyminen on havaittavissa satelliittimittauksilla.

Subduktiovyöhykkeet ovat kuitenkin erilaisia, eikä kukaan tiedä, mitkä erot ovat merkittäviä.

Varmana pidetään kuitenkin sitä, että jos hiipivät järistykset äkkiä muuttavat tahtiaan, katoavat kokonaan tai tapahtuu muuta odottamatonta, todennäköisesti merenpohjassa kohta ryskyy rajusti.