Исследователи-геофизики из Массачусетского университета в Амхерсте, Колледжа Смита и Японского агентства морских и земных наук и технологий на этой неделе представили новые основанные на GPS методы моделирования цунами, вызванных землетрясением, для юго-западной Японии вдоль Нанкайского желоба. Цунами, вызванное Нанкай, вероятно, обрушится туда в ближайшие несколько десятилетий, говорит ведущий автор Ханна Баранес из Университета Массачусетса в Амхерсте, и может привести к перемещению в четыре раза большего числа людей, пострадавших от массивного цунами Тохоку в 2011 году.
Она и ее научный руководитель Джонатан Вудрафф вместе с профессором Колледжа Смита Джеком Лавлессом и Мамору Хёдо из японского агентства сообщают подробности в текущих письмах о геофизических исследованиях. Баранес говорит: «Мы надеемся, что наша работа откроет двери для применения подобных методов в других странах мира».
Как она объясняет, после неожиданно разрушительного землетрясения и цунами 2011 года правительство Японии призвало провести исследование по оценке опасности, чтобы определить наихудшие сценарии землетрясений и цунами в стране. Баранес отмечает: «Правительственное руководство сосредоточило внимание на Нанкайском желобе. Это разлом у берегов южной Японии, который, по прогнозам, вызовет землетрясение силой от 8 до 9 баллов в течение следующих нескольких десятилетий».
Исследование группы, проведенное при поддержке Национального научного фонда и стипендии выпускников НАСА, началось с изучения отложений прибрежных озер в Японии с целью установления долгосрочных данных о наводнениях, вызванных цунами. В период с 2012 по 2014 год Баранес и Вудрафф собрали керны отложений из озер в поисках слоев морского песка, вымытых на берег прошлыми экстремальными прибрежными наводнениями. «Эти отложения песка задерживаются и сохраняются на дне прибрежных озер», - говорит она.«Мы можем посетить эти места спустя сотни или даже тысячи лет и найти геологические свидетельства прошлых крупных наводнений».
Результаты исследования озера Рюуоо, небольшого озера на острове в проливе Бунго, показывают удивительный слой песка, смытый в озеро Рюуу морской водой, мчащейся через барьерный пляж высотой 13 футов. «Мы смогли датировать слой началом 1700-х годов, что согласуется с известным событием цунами в Нанкайском желобе, зарегистрированным в 1707 году», - говорит Баранес.
Она добавляет: «Мы были немного озадачены. Канал Бунго спрятан между двумя главными островами Японии и относительно защищен от цунами, вызванных Нанкайским желобом. в канале казались очень маловероятными». Кроме того, отмечает она, в районе пролива Бунго сегодня имеется много чувствительной и критически важной инфраструктуры, включая единственную атомную электростанцию на острове Сикоку. Это вызвало у исследователей «особую озабоченность» опасностью цунами, поэтому они решили дополнительно изучить свои первоначальные данные, используя методы численного моделирования.
Как объясняет Баранес, землетрясение вызывается тем, что плиты скользят мимо друг друга по разломам в земной коре. Это скольжение вызывает деформацию земной поверхности, ее подъем в одних местах и опускание или опускание в других. «Когда на морском дне возникает вызванный землетрясением подъем, он смещает весь столб воды над ним и генерирует волну, которую мы называем цунами», - добавляет она. «Мы можем смоделировать этот процесс с помощью численных моделей».
Она и Вудрафф попытались использовать одну из наиболее широко цитируемых моделей землетрясения в Нанкайском желобе 1707 года, чтобы затопить озеро Рюоо, но это вызвало только шестифутовое цунами, которое даже близко не превысило 13-футовый барьерный пляж.
«В тот момент мы все еще были в тупике», - говорит Баранес. «Но вскоре нам посчастливилось узнать, что ведущий специалист по тектоническому моделированию в Японии Джек Лавлесс является профессором Колледжа Смита, расположенного недалеко от нас.«Лавлесс использует очень точные GPS-измерения движения земной поверхности для моделирования степени и пространственного распределения фрикционного замыкания, которое вызывает накопление напряжения разлома между землетрясениями.
С помощью Loveless команда создала сценарии землетрясений на основе GPS-оценок современной фрикционной блокировки вдоль Нанкайского желоба и впервые тщательно протестировала методы создания потенциальных будущих сценариев землетрясений на основе GPS-измерений. Они проверили различные методы создания набора сценариев землетрясений на основе GPS и смоделировали результирующее смещение земной поверхности и затопление цунами.
Baranes сообщает, что они обнаружили, что GPS-измерения современного движения земной поверхности вокруг Нанкайского желоба дают землетрясение той же силы и масштаба, что и событие 1707 года, а их смоделированные высоты цунами согласуются с историческими отчетами о 1707 году. мероприятие. Что касается соответствия геологическим данным озера Рюуоо, она добавляет: «Наши модели сценариев землетрясений показали, что район пролива Бунго опустился на семь футов, а барьерный пляж озера Рюуоо опустился с 13 до шести футов, так что цунами с допустимой высотой для внутреннего региона легко затопило озеро."
Вудрафф, проводивший исследование в рамках стипендии Фулбрайта, говорит: «Хотя наша методология была хорошо принята, наш результат для канала Bungo был встречен с большим скептицизмом. Нам нужно было найти независимый метод для подтверждая это». Они заручились поддержкой Хёдо, который ранее публиковал сценарии землетрясений, основанные на моделях физических характеристик Нанкайского желоба. По словам Вудраффа, его физическая модель показала такое же сфокусированное опускание в канале Банго.
Баранес добавляет: «Его модель также согласовывалась с нашей моделью, основанной на GPS, с точки зрения магнитуды землетрясения, смещения земной поверхности и затопления цунами. значительной опасности цунами в проливе Бунго, мы продемонстрировали связь между физическими характеристиками Нанкайского желоба и GPS-измерениями движения поверхности».