Jarðskjálftinn við Japan 2011

JARÐSKJÁLFTINN MIKLI VIÐ JAPAN 11. MARS 2011

Óskar Haraldsson

TEKTÓNÍKIN  Á SVÆÐINU

Kyrrahafsflekinn er eini stóri úthafsfleki jarðar og á mótum hans og meginlandsflekanna sem umkringja hann eru jarðhræringar tíðar og miklar.  Nefnast flekamót Kyrrahafsflekans og þeirra meginlandsfleka sem umlykja hann „Eldhringurinn“.

Mynd 1    Eldhringurinn umhverfis Kyrrahaf

Þar eiga um 80% af öllum jarðskjálftum á jörðinni upptök sín.  Eins og nafnið bendir til er einnig mikil eldvirkni á eldhringnum.

Japan er eyjabogi sem liggur á nokkuð flóknum flekamótum fjögurra fleka sem koma að eldhringnum.  Þetta eru: Kyrrahafsflekinn, Evrasíuflekinn, Filippseyjaflekinn og Norður Ameríkuflekinn.

Mynd 2   Lega og stefna stóru flekanna við Japan

Mið- og suðurhluti Japans hefur myndast við sökkbelti þar sem Fillippseyjaflekinn sekkur undir Evrasíuflekann. Við áreksturinn lyftist Evrasíuflekinn.  Norðurhluti Japans á svo tilveru sinni að þakka árekstri Kyrrahafsflekans og N- Ameríkuflekans.  Á þeim flekamótum er einnig sökkbelti því Kyrrahafsflekinn sekkur undir N-Ameríkuflekann. Djúpsjávarrennan á flekamótunum er með dýpstu hafsvæðum jarðar, um 9 km. djúp. N-Ameríkuflekinn lyftist við áreksturinn. Ungt gosberg, yngra en 10-20 milljón ára, hefur svo lagst ofan á sjávarsetlögin sem lyftust upp.  Bæði flekamótin sem koma við sögu eru samleitin flekamót, þ.e. þegar fleka rekur saman. Við slíkar aðstæður geta upptök jarðskjálfta verið mjög grunnt i jarðskorpunni, þá sem næst sökkbeltinu, eða á allt að 670 km dýpi og allt þar á milli eftir því hvar á sökkbeltinu upptökin eru.

Mynd 3   Sökkbeltið á mótum Kyrrahafs- og N. Ameríkuflekans við Japan.

Kyrrahafsflekann rekur um það bil 8-9 cm á ári að meðaltali til norðvesturs.  Hleðst því stöðugt upp spenna á flekamótunum sem leysist úr læðingi í jarðskjálftum.

Almennt var talið að svo stór skjálfti sem raun ber vitni gæti ekki orðið á þessum slóðum. Úthafsskorpan undan austurströnd Japans er mjög gömul af úthafsskorpu að vera.  Jarðfræðingar töldu að hin 140 milljón ára gamla kalda og þunga úthafsskorpa ætti ekki sérlega erfitt með að smjúga undir meginlandssflekana og því væri minni hætta á risaskjálftum.  Sagan benti heldur ekki til annars en að þetta ætti við rök að styðjast.Vissulega hafa margir mjög öflugir jarðskjálftar orðið við Japan undanfarnar aldir en ekki af þessum styrkleika svo vitað sé.

FYRRI SKJÁLFTAR OG FLÓÐBYLGJUR Í JAPAN

Jarðskjálftar og flóðbylgjur af völdum þeirra hafa frá fornu fari verið mikil ógn við íbúa Japans.  Á síðustu öld urðu fjórir skjálftar á bilinu M 8-8,4 í eða við Japan sem allir ollu miklu tjóni.  Mestum skaða olli skjálftinn sem lagði Tokyo í rúst árið 1923.  Hann var M 8,3. 

Margir skjálftanna eiga upptök við flekamótin skammt undan norðaustur og austurströnd Japans.  Því hafa flóðbylgjur fylgt sumum þeirra. Aðstæðum á þessu svæði háttar þannig til að tiltölulega litlir skjálftar geta valdið miklum flóðbylgjum. Þannig varð flóðbylgja af völdum skjálfta sem talinn er hafa verið „aðeins“ M 7,6 27.000 manns að bana árið 1896.  Aðeins er vitað um einn atburð á þessum slóðum sem hefur líklega valdið jafn öflugri flóðbylgju og 11. mars s.l.  Það var

jarðskjálfti árið 869 sem er áætlað er að hafi verið um M 8,6.

Mynd 4   Upptök stórra jarðskjálfta við Japan síðustu 100 ár.

JARÐSKJÁLFTINN MIKLI 11. MARS 2011           

Upptök skjálftans voru um 70 kílómetra undan strönd Oshika héraðs  í norðaustur Japan.  Þessi jarðskjálfti var frekar grunnur, eða á um 24 km dýpi. Því grynnri sem jarðskjálfti er, því líklegri er hann til að valda skaða. Hann mældist M 9,0 og er 4. til 5. sterkasti jarðskjálfti sem mælst hefur á jörðinni frá því farið var að mæla jarðskjálfta með nokkurri nákvæmni á síðustu öld.  Upptök skjálftans voru í 373 km.  fjarlægð frá Tokyo höfuðborg Japans en hann olli þó nokkru tjóni þar.  Áhrifasvæði misgengisfærslunnar nærri upptökunum var allt að 290 km. langt og 80 km. breitt. Japan færðist til austurs í skjálftanum 2,4 metra og möndulhalli jarðar færðist einnig til um 25 sentimetra.

Svokallaða P- bylgjur (premier) berast alltaf fyrst frá jarðskjálftum en það eru S- bylgjurnar (secondary) sem valda meiri usla. Yfirborðsbylgjur (L og R bylgjur) koma svo síðast, endast lengur en hinar og valda enn meiri skaða. Sjálfvirkt viðvörunarkerfi fór í gang í Tokyo þegar P bylgjurnar bárust.  Hraði S- bylgju er 4-7 km. á sekúndu eða um 60% af hraða P- bylgju.  Þetta gaf íbúum Tokyo aðeins 32 sekúndur til að komast í skjól en er engu að síður talið hafa bjargað mörgum mannslífum í höfuðborginni.

FLÓÐBYLGJAN                                             

Japanska orðið „Tsunami“ er almennt notað yfir flóðbylgjur sem verða til af völdum jarðskjálfta eða annarskonar jarðrasks á hafsbotni. Á Íslensku hafa þessi fyrirbæri verið kölluð hafnarbylgjur. Við jarðskálftann lyftist hafsbotninn vestan megin við brotabeltið um 5-8 metra og orsakaði hafnarbylgjuna. Strax varð ljóst að jarðskjálftinn mikli hafði valdið hafnarbylgju og viðvörunarkerfi fóru þegar í gang.  Þrátt fyrir að á þessum slóðum séu varnargarðar sem eiga að stöðva eða veikja hafnarbylgjur þá höfðu þeir ekkert að segja í þessu tilfelli.  Þessi hafnarbylgja var einfaldlega miklu öflugri en varnargarðarnir voru hannaðir fyrir.

Mynd 5   Hafnarbylgjan myndast þegar N-Ameríkuflekinn lyftist við jarðskjálftann

Fyrir íbúa á strandsvæðum nærri skjálftanum var tíminn alltof naumur frá skjálftanum þar til 10-20 metra há hafnarbylgjan æddi með ógnarhraða inn á strandlengjuna.  Hafnarbylgja fer yfir opið haf með um 800 km hraða á klukkustund. Þegar nær dregur landi hægja þær á sér en um leið hækkar vatnsveggurinn.  Bylgjan skall á borginni Sendai og nálægum héruðum um 8-10 mínútum eftir skjálftann.Hún æddi allt að 10 km. inn á land á sumum svæðum og tortýmdi flestu sem á vegi hennar varð.

Hafnarbylgjan átti greiða leið yfir allt Kyrrahafið  til Hawaii og vesturstranda N- og S- Ameríku, allt frá Alaska til Chile.   Það dró verulega úr krafti hennar á langri ferð yfir úthafið. Hún olli þó víða talsverðu tjóni á þessum slóðum og náði um 2,4 metra hæð þegar hún skall á ströndum hinu megin við Kyrrahafið.

Mynd 6   Það tók hafnarbylgjuna tæpan sólarhring að ná til stranda N- og S- Ameríku

FUKUSHIMA DAIICHI KJARNORKUSLYSIР            

Hið 40 ára gamla kjarnorkuver í Fukushima var hannað með það í huga að það ætti að standast jarðskjálfta upp á M 8,2 og flóðbylgju sem næði 5,7 metra hæð.  Allt fram til 11. Mars 2011 trúðu menn því að jarðskjálftar á þessu svæði færu ekki mikið yfir M 8.  Flóðbylgjur og hafnarbylgjur voru sömuleiðis ekki taldar geta orðið það öflugar að þær ógnuðu verinu.

Fukushima Daiichi verið samanstendur af 6 kjarnakljúfum og þar af voru 4 starfandi þegar jarðskjálfinn varð.  Vegna viðhaldsvinnu var slökkt á kjarnakljúfum 5 og 6 og má segja að það hafi verið lán í óláni.

Mynd 7   Þverskurður af kjarnaofni í Fukushima kjarnorkuverinu

Við jarðskjálftann 11. mars fór í gang atburðarrás sem engann hafði órað fyrir.  Skjálftinn sjálfur olli takmörkuðu tjóni á verinu en við hann slökknaði sjálfvirkt á þeim kjarnakljúfum sem voru í gangi, þ.e. kljúfar 1-4 og það átti einmitt að gerast.  Þegar það slökknaði á þeim þá tóku til starfa neyðaraflgjafar sem ætlað var að dæla vatni á kjarnakljúfana til að kæla þá niður.  14 metra há hafnarbylgjan æddi skömmu síðar inn á svæðið og eyðilagði neyðaraflgjafana,  vatnsdælurnar og rafmagnslínur.  Þegar kjarnaklúfarnir fengu ekki lengur kælingu byrjuðu þeir að ofhitna. Klæðningin á kjarnorkueldsneytinu (úrani) hitnar og hvarfast við gufu sem nær að leka út fyrir innri varnir kjarnakljúfanna.

Það kemst í ytri byggingar kjarnakljúfanna, hleðst þar upp og kemst í samband við súrefni og það veldur gassprengingum.  Við það kemst eitthvað af geislavirkum efnum út í andrúmsloftið.  Starfsmenn kjarnorkuversins hófu að dæla sjó á kjarnakljúfana til að kæla þá.  Kjarnaklúfarnir sjálfir eru rammgerðir og líklega kom sjódælingin í veg fyrir algera bráðnun kjarnakljúfanna.  Óttast var að slysið yrði jafnalvarlegt og sprengingin í Chernobyl í Úkraínu árið 1986.  Svo illa fór þó ekki.  Fukushima verið er mun betur byggt og kjarnakljúfar þess betur varðir en í Chernobyl auk þess sem slysið varð með allt öðrum hætti.  Í Chernobyl varð sprenging og eldsvoði sem dreifðu miklu magni geislavirkra efna mjög víða.  Sprengingarnar sem urðu í Fukushima voru annars eðlis.  Þar sprungu ytri hlífðarbyggingar og geislavirk efni sem sluppu út í andrúmsloftið við það voru um 10% af magninu sem slapp út í Chernobyl.  Að auki hagaði vindátt þannig að mest af efnunum barst á haf út.  Engu að síður er tjónið nóg til þess að matvæli sem ræktuð eru á landi nærri Fukushia verða óhæf til neyslu næstu áratugina.

Það eru einkum tvö geislavirk efni sem sluppu út frá Fukushima sem eru skaðleg.  Það er Joð-131 og sesín-137.  Joð 131 er skammlíft og helmingunartími þess er aðeins 8 dagar.  Það er mjög skaðlegt í miklu magni.  Veldur það krabbameini, einkum í skjaldkyrtli. Sesín-137 hefur hinsvegar rúmlega 30 ára helmingunartíma og er einnig stórskaðlegt.

FORSKJÁLFTAR OG EFTIRSKJÁLFTAR        

Aðeins 2 dögum áður, þann 9. mars varð jarðskjálfti nánast á sama stað og stóri skjálftinn og mældist hann M 7,1.  Í 95% tilfella þegar jarðskjálftar mælast yfir M 7 verða ekki stærri skjálftar í kjölfarið.  En þetta var eitt af undantekningartilfellunum.

Eins og vænta mátti hefur gríðarlegur fjöldi eftirskjálfta fylgt í kjölfar stóra skjálftans.  Þeir öflugustu urðu strax fyrsta daginn.  Aðeins hálfri klukkustund eftir stóra skjálftann varð skjálfti sem mældist M 7,9 og 6 mínútum eftir þann skjálfta varð annar upp á M 7,1.  Magnitude kvarðinn er lógaritmískur og því er risaskjálfti upp á M 9,0 meira en 10 sinnum öflugri en skjálfti upp á M 7,9.

Uppsafnaður fjöldi eftirskjálfta frá 11.Mars 2011 til 1.nóvember:

Stærð   M                           Fjöldi

7,1 -7,9                                      4

6,5 -7                                             11

6 -6,5                                         70

5,5 -6                                          115

5 -5,5                                         399

Samtals eru þetta 599 skjálftar yfir M 5.  Síðasti stóri skjálftinn, M 7,0 varð þann 18.júlí.  Líkur á stórum skjálftum fara minnkandi eftir því sem lengra líður frá 11. mars skjálftanum.

TJÓN AF VÖLDUM HAMFARANNA

Ef eitthvað ríki í veröldinni er vel undirbúið til að takast á við hamfarir af þessu tagi þá er það Japan. Þar eru hús sterkbyggð og þar eru viðvörunarkerfi sem fara strax í gang þegar jarðskjálftar eða flóðbylgjur skella á. Þrátt fyrir það fórust um 21000 manns í hamförunum, langflestir af völdum flóðbylgjunnar.  Eignatjón er það mesta i nokkrum hamförum sem orðið hafa á jörðinni.  Það er áætlað um 300 milljarðar Bandaríkjadollara. Um hálf milljón manns missti heimil sín í hamförunum.

Japan er í dag þriðja stærsta efnahagskerfi heims á eftir Bandaríkjunum og Kína.Hamfarirnar lögðu í rúst svæði þar sem 6-8% af þjóðarframleiðslu Japans verður til á. Áætlað er að uppbygging svæðisins taki amk. 5 ár. Það er því ljóst að hamfarirnar munu  hafa neikvæð áhrif á efnahag Japans næstu ár.

SAMANTEKT                                                                                            

Jarðskjálftinn 11. Mars 2011 í Japan er með mestu náttúruhamförum sem mannkynið hefur orðið vitni af. Þreföld ógæfa reið yfir Japan. Risajarðskjálfti, flóðbylgja og kjarnorkuslys. Skjálftinn varð á mjög virku tektónísku svæði við eldhringinn svokallaða sem umlykur Kyrrahafsflekann.