Japānas (Sendai) zemestrīce: ģeoloģija

Sākotnēji nebiju plānojusi rakstīt par piektdien notikušo zemestrīci Japānā, bet pēc kāda lasītāja intereses nolēmu izbrīvēt nedaudz laika, lai to izdarītu.

Tātad, kā jau droši vien būsiet dzirdējuši, 11. martā Japānu satricināja spēcīga zemestrīce. Sākotnēji novērtēta kā 8.9 balles stipra, bet vēlāk koriģēta uz 9.1 ballēm, kas to padara par 3. spēcīgāko zemestrīci Pasaules vēsturē un spēcīgāko zemestrīci Japānas vēsturē, kopš 1900. gada, kopš pieejami instrumentālu novērojumu dati. Divas dienas iepriekš, 9. martā, netālu fiksēta 7.2 balles stipra zemestrīce, kas, šķiet bija priekšgrūdiens (foreshock) piektdienas zemestrīcei. Tā radīja nelielu (60 cm) cunami, bet neizraisīja cilvēku upurus vai nopietnus ēku bojājumus.

11. marta zemestrīces skartās teritorijas (avots: USGS)

Japānas ģeoloģija

Japāna atrodas vienā no pasaules seismiski aktīvākajiem reģioniem, vietā ko dēvē par Klusā okeāna „Uguns gredzenu”. Šajā zonā norisinās 90% no pasaules zemestrīcēm un atrodas 75% no visiem vulkāniem, jo tā ir ļoti aktīvu tektonisko plātņu robeža, kur notiek Klusā okeāna plātnes subdukcija jeb iegrimšana zem apkārtesošajām kontinentālajām un okeāniskajām plātnēm.

Japānas situācija ir vēl komplicētāka, jo tā atrodas uz 3 aktīvu tektonisko plātņu robežas. Klusā okeāna plātne virzās pretī Ziemeļamerikas un Filipīnas plātnēm ar ātrumu 8 cm gadā (salīdzinājumam Eiropas plātne, uz kuras mēs atrodamies virzās projām no Ziemeļamerikas plātnes ar ātrumu 2 cm gadā) un starp Filipīnas un Ziemeļamerikas plātnēm notiek paralēla sīdēšana vienai gar otru (transforma robeža). Ziemeļamerikas un Eirāzijas plātņu robeža nav īpaši aktīva. Šī novietojuma dēļ vulkānisms un zemestrīces Japānā nav neparasta parādība.

Kartē iezīmētas tektonisko plātņu robežas un zemestrīces lūzuma virsmas risinājums (fault plane solution) - standarta veids, kā ģeologi vizualizē lūzumus kas bijuši aktīvi zemestrīču laikā. Būtībā tas ir Stereonet diagrammas attēlojums. Par to, kā lasīt fault plane solutions var apskatīt šeit - http://lg.eage.org/free/00071/index.html. Bet šajā gadījumā attēlota kompresija, tātad uzbīdījuma lūzums pa vienu no divām lūzuma plaknēm - vai nu lēzeni krītošu plakni ZR virzienā, vai arī gandrīz vertikālu plakni DA virzienā. Balstoties uz Japānas tektonisko situāciju, un zinot, ka uzbīdījuma lūzumu krituma leņķi parasti ir nepārsniedz 45 grādus, es dodu priekšroku pirmajam variantam, kas perfekti atbilst subdukcijas orientācijai (avots: http://blogs.agu.org/mountainbeltway/2011/03/11/japan-m8-9-quake-tsunami/)

Kāpēc notiek zemestrīces?

Pasaulē zemestrīces parasti norisinās uz tektonisko plātņu robežām. Saistība ir tik liela, ka praktiski pēc jebkuras kartes, kur atzīmētas ilgākā laikposmā notikušas zemestrīces iespējams precīzi rekonstruēt pasaules tektonisko plātņu izvietojumu. Piemēram, pēc šīs – http://pubs.usgs.gov/gip/earthq4/worldmap.gif. Zemestrīces notiek:

1. vietās, kur plātnes virzās projām viena no otras – parasti seklas un ne pārāk spēcīgas (Atlantijas okeāna vidusgrēda),
2. vietās, kur plātnes slīd viena otrai garām – arī seklas, var sasniegt lielāku spēku nekā pirmajā gadījumā (Kalifornija)
3. vietās, kur viena plātne grimst zem otras – var būt seklas vai arī ļoti dziļas (līdz 600 km) un parasti visspēcīgākās („Klusā okeāna Uguns gredzens”, D-Amerikas R piekraste).

Subdukcijas zonās zemestrīces ir tik spēcīgas, jo uz plātņu saskares virsmām darbojas berze un tiek uzkrāta milzīga sprieguma enerģija. Sasniedzot maksimumu, tā tiek atbrīvota notiekot lūzumam zemes garozā. Zemestrīce ir vibrācijas, kas rodas šajā procesā. Parasti tas ir viens spēcīgs grūdiens, kam seko daudzi vājāki pēcgrūdieni. Japānas 9.1 balles stiprajai zemestrīcei nākošajās 8 stundās sekoja 16 zemestrīces, kas spēcīgākas par 6 ballēm un desmitiem mazāku zemestrīču.  Jāatzīmē, ka zemestrīču stiprums tiek mērīts pēc Rihtera skalas, kur katra nākošā balle ir 10 reizes lielāka par iepriekšējo, tātad 9 balles stipra zemestrīce ir 1000 reizes spēcīgāka par 6 balles stipru zemestrīci. Mazāk attīstītās valstīs arī šīs 6 baļļu stiprās zemestrīces izraisītu tūkstošiem cilvēku upuru, bet Japānas augsto būvniecības standartu dēļ tai izdevās pārdzīvot 9 balles stipro zemestrīci ar daudz mazākiem postījumiem nekā Haiti pagājušajā gadā 7 balles stipro zemestrīci.

Japānas tektonikas shēma (zīm: Liene Spruženiece)

Zemestrīces sekas

Bet ja izdodas pārdzīvot zemestrīci, tas vēl nenozīmē laimīgas beigas. Lielu zemestrīču sekas bieži vien atnes vairāk upuru nekā pati zemestrīce.

Japānas 11. marta zemestrīcei sekoja spēcīgs cunami, kas ar ātrumu 800 km/h apceļoja visu Klusā okeāna piekrasti. Visvairāk cieta Japānas Miyagi un Fukušimas prefektūras, kur spēcīgi viļņi nonāca dažas minūtes pēc zemestrīces. Īpaši pilsēta Sendai, kur 10 m augsts vilnis nolīdzināja visu piekrasti 1 km platumā – mājas, lidlauku, tīrumus. Bet pat Kalifornijas piekrastē tika reģistrēti 2 m augsti viļņi.

Šeit var redzēt brīnišķīgu animāciju par to, kā rodas cunami – http://ffden-2.phys.uaf.edu/645fall2003_web.dir/elena_suleimani/generation_small.mov

Mums Universitātē (PGP) tieši ceturtdien, bija seminārs ar vieslektoru Matthias Rosenau no Potsdamas Ģeopētniecības centra, kur viņš stāstīja par eksperimentālajiem un matemātiskajiem cunami modeļiem subdukcijas zemestrīču gadījumos. Es vienmēr cītīgi apmeklēju šos seminārus, bet tieši šoreiz neaizgāju, jo strādāju pie steidzamas esejas petroloģijas kursam. Tagad protams, ļoti nožēloju, jo, kā vēlāk uzzināju, viņš esot demonstrējis modeli, kur prognozētais Japānas zemestrīcei sekojošā cunami stiprums bijis tuvu reāli novērotajam.

Bet tāda ir dzīve, un mierinājumam, šeit ir lielisks NOAA modeli par cunami izplatīšanās gaitu pēc 11. marta zemestrīces:

Vēl viena problēma pēc cunami tieši Japānā ir atomstaciju bojājumi. Lai arī Japānā šāda situācija ir paredzēta un rīcības scenāriji iepriekš modelēti, tomēr šobrīd zināms, ka vismaz divās atomstacijās jau konstatēti bojājumi. Vēl nav gan skaidrs cik nopietni.

Un šeit video no ziņām, kur redzams cunami viļņu ārkārtīgais spēks, kas mašīnas un pat mājas nēsā kā spēļmantiņas. Video 1:00 minūtē vēl redzamas mašīnas, kas evakuējas no teritorijas. Pilsētai bija tikai dažas minūtes laika sagatavoties cunami triecienam. Tieši Sendai ir pilsēta, kur joprojām nav ziņu par vairāk kā pusi iedzīvotāju – 10 000 cilvēku. Turpretī ostas pilsētiņa Minami Sanriku kas atradās vistuvāk zemestrīces epicentram, tika pilnībā nolīdzināta no zemes virsas, un vēl joprojām 10 000 no 17 000 iedzīvotājiem ir pazuduši bez vēsts.