Fra GeologiskNyt nr. 1, 2005 - af Tine B. Larsen og Peter Voss Hjemtag (download) pdf-fil geologisk_nyt_1_2005_p24-27.pdf (~2 Mb) Hvis du vil udskrive, så brug venligst pdf-filen Kræver en pdf-læser, Acrobat GSview eller lignende
24
GeologiskNyt 1/05
Hovedskælvet (markeret med stjerne) og efterskælv i Det Indiske Ocean registreret gennem en måned.
Prikkernes farve viser, hvornår det enkelte efterskælv har fundet sted, og prikkernes størrelse angi- ver, hvor store efterskælvene har været.(Kilde: Venligst udlånt af EMSC (European Mediterranean Seismological Center). Aftershocks of Sumatra earthquake relocated by EMSC from 26/12 to 25/01)
Af Tine B. Larsen og Peter Voss, GEUS
Jorden svinger stadig efter det store
jordskælv vest for det nordlige Su- matra d. 26. december 2004. Jord- skælvet, som netop er blevet op- justeret til 9,3 på Richterskalaen, er det største siden jordskælvet ud for Chiles kyst i 1960, som målte 9,5.
Sumatra-jordskælvet var kraftigt nok til at
sætte hele jordkloden i svingninger, og disse svingninger, kaldet egensvingninger, forven- tes at kunne måles frem til cirka april 2005. Egensvingningerne beskrives nedenfor. Efterskælvene fortsætter ligeledes, og selvom den generelle tendens er færre og mindre jordskælv med tiden, er der stadig perioder med både kraftige og hyppige efter- skælv.
Det store jordskælv
Det store jordskælv fandt sted kl 0:58 UTC, hvilket svarer til kl 1:58 dansk tid og kl 7:58 lokal tid. Rystelserne fra det kraftige jord- skælv bredte sig ud gennem jorden og blev hurtigt registreret af de internationale net- værk af seismografer. En seismograf er et fintfølende måleinstrument, der er specielt designet til at registrere rystelser fra jord- skælv. Allerede efter ca. et kvarter havde amerikanske seismologer en foreløbig lokali-
Jordskælvet ved Sumatra
- seismologisk set
sering af jordskælvet, og efter en halv time
udsendte de den første bulletin. På det tids- punkt var ingen uden for det berørte område klar over, at der var skabt en tsunami. Efter ca. en time udsendte amerikanerne en ad- varsel om, at der var fare for at jordskælvet havde skabt en tsunami, men desværre nå- ede advarslen ikke at gøre nogen nytte.
Tsunami eller ej
Hvorfor var det så svært at forudsige, at der var skabt en dræbende tsunami? Der eksi- sterer ikke noget varslingssystem i Det Indi- ske Ocean, som kan måle tsunamier direkte i havet. Den amerikanske advarsel byggede derfor udelukkende på seismologiske oplys- ninger. Næsten alle verdens lande har seis- mografer, der registrerer rystelser fra nære og fjerne jordskælv. Gennem flere generatio- ner er der opbygget systemer med interna- tionale datacentre, hvor data fra de enkelte lande samles og bearbejdes, så hurtigt som det er praktisk muligt. Efter indførelsen af digitale seismografer flyder data frit på
tværs af landegrænser, lige så hurtigt som
rystelserne fra jordskælv når frem til de en- kelte seismografer. Jordskælv kan således lokaliseres meget kort tid efter, de har fun- det sted.
Imidlertid er en lokalisering af jordskæl-
vet ikke tilstrækkeligt til at forudsige, om der
kan være dannet en tsunami. Det er ikke nok at vide, at jordskælvet har fundet sted under havbunden, selvom det naturligvis er en første forudsætning. Jordskælvet skal også være meget kraftigt, det skal være ud- løst i den øverste del af jorden, og endelig er det en forudsætning for dannelse af en tsunami, at der har fundet en voldsom verti- kal bevægelse sted. Før man kan afgøre det, er det nødvendigt at beregne jordskælvets fokalmekanisme, og det tager længere tid end at beregne epicenteret. Når fokal- mekanismen viser sammenpresning, og jord- skælvet har fundet sted i et område, hvor en oceanisk lithosfæreplade skyder ned under en anden plade, er risikoen for dannelsen af en tsunami stor.
25
GeologiskNyt 1/05
Området vest for Sumatra
rammes jævnligt af store jordskælv. Jordskælvet d. 26/12 2004 er markeret med en stjerne. Prikkerne viser alle jordskælv i om- rådet på 7,0 på Richter- skalaen og derover siden 1900. Prikkernes farve viser jordskælvets dybde. Kun de overfladenære jordskælv har potentiale til at generere tsunamier. (Kilde : Venligst udlånt af U.S. Geological Survey, National Earthquake Information Center)
Jordskælvets størrelse på Richterskalaen
beregnes ud fra hvor stor amplitude rystel-
serne har på seismograferne. Måling af am- plituder er behæftet med stor usikkerhed, og størrelsen på Sumatra-jordskælvet blev æn- dret mange gange i det første døgn. Således angav den første bulletin jordskælvet til 8,0 på Richterskalaen, og først efter et døgn lå størrelsen på 9,0 fast. Da Richterskalaen er logaritmisk, svarer det til, at jordskælvet ud- løste 30 gange så meget energi som først antaget. For nylig er jordskælvet blevet opjusteret til 9,3 på Richterskalaen efter nærmere studier af de meget langbølgede svingninger. Beregning af dybden er behæf- tet med endnu større usikkerhed, og de in- ternationale datacentre er ikke enige om, hvor dybt jordskælvet var. Det europæiske datacenter, EMSC, angiver dybden til 10 km, hvorimod amerikanerne, USGS, beskriver dybden til 30 km. Begge tal er dog tilstræk- kelig små, til at jordskælvet karakteriseres som overfladenært.
Efterskælv
Lithosfærepladerne bevæger sig sjældent helt jævnt i forhold til hinanden, fordi der først skal opbygges tilstrækkeligt store spændinger til at overvinde brudstyrken og gnidningsmodstanden. Pladerne følger fysik- kens love og bevæger sig for at opnå en ligevægtstilstand. Et stort jordskælv bringer et område tættere på en ligevægtstilstand, men følges normalt af en række efterskælv, der fungerer som finjustering. Den første måned efter 2. juledag har der været efter- skælv hver eneste dag, og stort set hver dag har mindst et af efterskælvene været kraftigt nok til at man må formode, at det har kunnet mærkes. Ingen af efterskælvene har forår- saget tsunamier. Siden ca. d. 26/1 har den geografiske fordeling af efterskælv ændret sig, således at de nu hovedsagelig finder sted under Nicobarerne.
Kendt jordskælvszone
Underskydningszonen vest for Sumatra hø- rer til blandt jordens mest aktive jordskælvs- zoner. Den indiske plade presses ned under
den burmesiske mikroplade med jævnlige
jordskælv til følge. Kraftige jordskælv, som ligger over 7 på Richterskalaen, udløses i Banda Aceh-området i gennemsnit mindst een gang hvert 10. år, mens tsunamier fore- kommer meget sjældent. De helt store de- struktive jordskælv kendes også fra området, omend de heldigvis forekommer meget sjæl- dent. En gruppe amerikanske og indonesiske forskere havde allerede inden d. 26/12 2004 iværksat en undersøgelse af paleo- seismiciteten, dvs. jordskælvsaktiviteten langt tilbage i tid, i området vest for Sumatra. Sieh et al. har studeret vækst- mønstre i koralrev og har benyttet U-Th datering til at kortlægge den vertikale defor- mation (hævning) forbundet med store jord- skælv. Resultatet er noget overraskende.
Et meget stort jordskælv får ifølge de
paleoseismiske undersøgelser ikke altid ud-
løst hovedparten af de opbyggede spændin- ger. Koralrevene afslører, at gennem de sidste ca. 1.000 år har gigantiske jordskælv rystet ud for Sumatra med ca. 230 års mel-
lemrum. Mindst tre af disse jordskælv har
været den ene halvdel af et par, der optræ- der med nogle få årtier imellem. Det seneste store jordskælvspar var i hhv. 1797 og 1833, og de to jordskælv er blevet bestemt til 8,4 og 8,7 på Richterskalaen. Da disse historiske jordskælv medførte betragtelig vertikal uplift af havbunden, er der grund til at formode, at de også har genereret tsunamier. Selvom store jordskælv ved Sumatra tilbage i histo- rien flere gange har optrådt i par, kan vi ikke umiddelbart konkludere, at det seneste store jordskælv vil blive fulgt af et tilsvarende de- struktivt jordskælv inden for de næste få år- tier. Jordskælv er uforudsigelige. Samtidig bør man dog være forberedt på, at det ikke er sikkert, at der går flere hundrede år, før området igen rammes af et gigantisk jord- skælv.
Registreres i Danmark
Jordskælvet blev registreret af de internatio- nale netværk af seismografer lige så hurtigt som rystelserne bredte sig gennem jorden
26
GeologiskNyt 1/05
20
30
40
50
60
10
MIN
0:11
1:11
2:11
3:11
4:11
5:11
De første rystelser nåede de danske seismo-
grafer ca. 13 minutter efter jordskælvet. Den største rystelse nåede Danmark knap en time efter jordskælvet, hvor jorden i Dan- mark hævede og sænkede sig i alt 4 mm over en periode på 20 sekunder. En så lang- som rystelse kan dog ikke mærkes af men- nesker.
De kraftige rystelser fra jordskælvet løb
flere gange rundt om jorden i timerne efter
jordskælvet. Rayleigh-bølger løber langs jordens overflade og har meget lange bølge- længder, så de taber kun energien langsomt. Samtidig er det den type jordskælvsbølge, der giver den største vertikale forskydning. Det er derfor nemt at identificere en Rayleigh-bølge på et seismogram.
I takt med at signalerne fra de cirkule-
rende bølger bliver svagere og svagere, bli-
ver det tilsvarende sværere at identificere signalet, hvis man kun har nogle få måle- punkter, som ligger tæt på hinanden. Tager man derimod seismogrammer fra måle- punkter fordelt over hele kloden og ordner dem efter afstand til epicenteret, vil bøl- gerne træde tydeligere frem som linjer ned over seismogrammerne.
Rayleigh-bølgerne nummereres efter,
hvor mange gange de har været rundt om
jorden, og hvilken vej de har løbet. Rayleigh- bølgen, som har løbet den korteste vej fra epicenteret til målepunktet, kaldes R1
Rayleigh-bølgen som har rejst den anden
og længere vej rundt om jorden kaldes R2
Når R1-bølgen tager sin anden tur rundt om
jorden, kommer den til at hedde R3, etc. På
de danske seismografer er R1-bølgen meget
tydelig, mens R2-bølgen ikke kan identifice-
res. Til gengæld dukker R3-bølgen nogen-
lunde klart frem i Danmark ca. tre en halv
time efter jordskælvet.
Ringer som en klokke
Meget kraftige jordskælv sætter gang i Jor- dens egensvingninger, hvor hele Jorden rin- ger som en klokke. Kun jordskælv som er større end 6,5 på Richter-skalen genererer målbare egensvingninger. Egensvingninger- ne er en form for stående bølger, der kan opstå, fordi Jordens udstrækning ikke er uen-
delig. Bølger, der bevæger sig i forskellige
retninger rundt om Jorden, interfererer med hinanden, således at bestemte svingningsfre- kvenser bliver kraftigt forstærket i det meget
lavfrekvente område. Den mest lavfrekven-
te egensvingning kaldes
0
S
2
(figuren øverst
næste side). Den har tilnavnet "football
mode", fordi jordkloden skiftevis bliver strakt
0
50
100
150
200
250
300
350
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
PALK
COCO
TATO
DGAR
TLY
AAK
GUMO
PMG
NWAO
MAJO
ULN
BRVK
INCN
WRAB
YAK
ANTO
YSS
CASY
ARU
OBN
CTAO
SUR
KONO
KIV
GNI
LVZ
BILL
KMBO
LSZ
MA2
GRFO
MIDW
KDAK
TIXI
PET
COLA
BFO
Q04C
KIP
BORG
TRIS
SBA
RAR
FFC
HOPE
RAO
Y22C
HAST
TRQA
ASCN
PFO
RCBR
V04C
PMSA
TEIG
TUC
WVT
ANMO
COR
CCM
EFI
109C
LVC
SJG
HRV
NNA
R04C
DWPF
HKT
RPN
SSPA
JTS
PAYG
OTAV
1 cm
M=7.1
M=9.0
Afstand (g
r
ader)
Tid (minutter)
Sumatra-Andaman-Øerne-jordskælvet (M
w
= 9,0)
Vertikale forskydninger registreret af the Global Seismographic Network
R
1
R
2
R
3
R
4
Seismogrammer der viser, at store jordskælvsbølger har cirkuleret flere gange rundt om jorden i ti-
merne efter jordskælvet. Hver linje på figuren er et seismogram. Seismogrammerne er ordnet efter af- stand til epicenteret, og de små koder i højre side angiver navnet på de anvendte målestationer. Der er ikke danske data på figuren, men en lille pil viser, i hvilken afstand Danmark ligger fra epicen- teret. GRFO er en tysk målestation.. (Kilde: Venligst udlånt af Richard Aster, New Mexico Institute of Mining and Technology, USA, and the IRIS Consortium)
Udsnit af et dansk seis-
mogram fra målestatio- nen i København der viser den vertikale for- skydning. Hver linje er een times registrering. Den første rystelse ses kort efter kl 1:11 UTC. Ca. en halv time senere ankommer den første af de store Rayleigh-bøl- ger, også kaldet R
1
(Grafik: forfatterne)
27
GeologiskNyt 1/05
Data fra bredbåndsseismografen i København
0
S
2
0
S
3
0
S
4
2
S
1
0
S
0 0
S
5
Frekvens [mHz]
P
o
w
erspektr
um
10
13
10
12
10
11
10
10
10
9
10
8
10
7
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
ud og får form som en amerikansk "foot-
ball", og derefter bliver mast sammen.
0
S
2
svinger meget langsomt med en periode på
hele 53,9 minutter. Svingningsperioden er den tid, det tager at gennemføre een svingning.
Den mest sejlivede af egensvingningerne
hedder
0
S
0
med tilnavnet "breathing mode",
fordi det er, som om jorden trækker vejret.
Hele jordkloden bliver skiftevis presset sam- men og udvidet. Denne svingning, som har en periode på 20,5 minutter, taber meget lidt energi og vil formodentlig kunne måles helt til april 2005.
Egensvingningen har dog kun en ampli-
tude på 0,1 mm for de størstes vedkom-
mende, så man måler egensvingningerne ved at lave frekvensanalyse på flere dages data. Ved at lægge fx tre dages registreringer sam-
0
S
2
0
S
0
Nogle af jordens egensvingninger, skematisk
set.
0
S
0
kaldes for "breathing mode", fordi hele
jordkloden skiftevis bliver presset sammen og
udviddet.
0
S
2
kaldes for "football mode", fordi
jordkloden minder om en amerikansk fodbold,
når den skiftevis presses sammen på den ene og den anden led. Fodboldens orientering i for- hold til de geografiske poler afhænger af, hvor på kloden jordskælvet fandt sted. (Grafik: UVH)
Frekvensanalyse afslører, at jordens egensvingninger er sat i gang. Den blå linje viser data fra de
første tre dage efter jordskælvet. Her er mange eksotiske egensvingninger i gang. Den røde linje viser data fra perioden 30/1 - 2/2 2005. De fleste egensvingninger er kommet ned under det målbare, men
0
S
0
ringer endnu og det vil den formodentlig blive ved med i flere måneder. (Grafik: forfatterne)
men og lave et spektrum, kan man se, at der
er mere energi ved de frekvenser (perioder), der svarer til egensvingningerne. Efter Suma- tra-jordskælvet er der målt 10 gange større amplituder på egensvingningerne end nogen- sinde før med digitale seismografer. Ved det sidste store jordskælv i Alaska, 1964, brugte man stadig analoge seismografer, hvor registreringerne blev udtegnet på papir.
Referencer:
K. Sieh, D. Natawidjaja, M. Chlieh, J. Galetzka, J.P. Avouac, B. Suwargadi. R.L. Edwards, & H. Cheng, The giant subduction earthquakes of 1797 and 1833, West Sumatra: Characteristic couplets, uncharacteristic slip, EOS Trans. AGU, 85 (47), Fall Meet. Suppl., Abstract T12B-04, 2004. |