26 december 2004….Vlak voor de kust van Sumatra vindt een machtige aardbeving in zee plaats van 9,2 op de schaal van Richter. Daarop volgen metershoge tsunamigolven die het leven nemen van bijna een kwart miljoen inwoners van de kuststreken rondom de Indische Oceaan. Nooit eerder sloeg een tsunami zo vernietigend toe. Een waarschuwingssysteem is nu opgezet om het leven van veel mensen te waarschuwen bij een volgende zware zeebeving. Dit systeem waarschuwt echter niet voor monstergolven door sommige andere oorzaken. Inderdaad, tsunami’s hebben meer oorzaken dan alléén een zeebeving.
Hoofdschuldige: de aardbeving
Een aardbeving is veruit de belangrijkste oorzaak voor een tsunami (‘havengolf’ in het Japans). Meestal een aardbeving in zee (zeebeving), maar soms ook op het land dichtbij de zee. Maar liefst 82,4% van de tsunami’s over de laatste 2000 jaar in de Stille Oceaan kwamen door een aardbeving. In andere oceanen zijn aardbevingen ook oorzaak nummer één. Slechts 1-2% van de bevingen zorgt voor een tsunami volgens waarnemingen over de laatste 150 jaar. Echter, sommige zijn zo zwak of slaan zich te pletter op onbewoonde gebieden. En dus worden ze niet waargenomen. Het eigenlijke percentage is dus hoger.
De tsunami verspreidde vloedgolven over de gehele Indische Oceaan. Bron: NOAA
Factoren
Algemene stelregel is dat hoe zwaarder de aardbeving is, hoe groter de kans is op een vernietigende tsunami. Maar ook relatief kleine aardbevingen van 5-6 op de schaal van Richter (zij het naschok of zwaarste beving) kunnen een vloedgolf teweegbrengen. Bij de aardbeving verschuift de een stuk aarde letterlijk ten opzichte van een ander stuk langs een breuklijn. Een massa water wordt simpelweg omhoog gedrukt.
Maar dat is niet het enige. Ook seismische golven helpen mee de watergolven te vormen. Van de vier seismische golftypen, P, S, Love en Rayleigh, helpt vooral de laatste. Er ontstaat namelijk een soort ellipsvormige beweging van de aarde door de verticale en horizontale bewegingsrichting van deze seismische golf. De energie hiervan draagt het Rayleigh-type over aan het water.
Ook de diepte is van belang. Dichterbij het oppervlak? Dan is de kans op een tsunami groter. Het soort sediment of gesteente waarin de beving plaatsvindt, speelt een grote rol bij de vorming van een tsunami. Als het sediment nog niet verhard is tot gesteente op de plaats van de zeebeving, dan is de kans op een tsunami groter.
Waar?
Vanaf het epicentrum van de beving vormen zich tsunamigolven die alle mogelijke kanten opgaan. Een aardbeving ontstaat vaak bij een breuk. De belangrijkste is een breuk waarbij de beving een tsunami veroorzaakt is een zogenaamde opschuivende breuk. Hierbij schuiven de aardlagen onder een hoek over andere heen. Gebeurt dat snel dan heet het een aardbeving. Juist deze breuken komen veel voor bij subductiezones, waar de ene aardplaat onder de andere schuift. De kneep zit hem in de hoek waaronder de ene aardlaag wegduikt onder de andere. Is die hoek laag omdat het gesteente relatief licht is dan schudt de aarde vaker en heviger.
Aardverschuivingen
Een veel minder bekende oorzaak van een tsunami is een aardverschuiving. En dat is terecht want slechts 4,6% van de tsunami’s heeft een verschuiving als oorzaak. De aardverschuiving kan zowel op land als in de oceaan ontstaan. In het eerste geval moet de verschuiving wel het water bereiken. In de meeste gevallen gaat het om onderzeese aardverschuivingen, soms getriggerd door een aardbeving. Op vele plaatsen vlakbij de kust is de helling van de oceaanbodem steil. Denk bijvoorbeeld aan de vulkaaneilanden van Hawaï. De kustzone is daar veel steiler dan in Nederland. En dus is de kans op een onderzeese verschuiving bij Hawaï vele malen groter. Ook hier geldt weer: hoe groter de aardverschuiving, hoe groter de kans op een tsunami.
Factoren
Aardverschuivingen worden door tal van redenen veroorzaakt. De druk van het water tussen de sedimentdeeltjes is cruciaal. Deze druk verhoogt zich bijvoorbeeld door een stijgende zeespiegel. Maar niet alleen het zeeniveau bepaalt. Een zware storm of orkaan zorgt voor metershoge golven en daarmee een variatie in de druk op de bodem. Een goed recept voor een aardverschuiving. In de bodem gebeurt ook het een en ander. Een aardverschuiving schudt de bodem door elkaar en maakt de bodem instabieler. Bovendien vormt zich op sommige plaatsen aardgas en methaan door de afbraak van organisch materiaal. Hierdoor bouwt de druk zich op met alle gevolgen van dien.
Verschil met aardbevingen
De tsunamigolven door een aardverschuiving zijn vaak anders dan die door een aardbeving. De verschuiving heeft één richting: de diepzee in. In die richting vormt zich dan ook een tsunami. In dit geval is er nauwelijks gevaar voor de mens. Echter, in tegenovergestelde richting van de aardverschuiving, vormt zich ook een vloedgolf. Deze tsunamigolf neemt in hoogte toe en slaat vaak neer op een beperkt deel van het continent.
Vulkaanuitbarstingen
De eruptie van vulkanen is een even belangrijke oorzaak van een tsunami als aardverschuivingen. Deze tsunami’s komen vooral voor aan de westkust van de Pacifische Oceaan. Hier duiken oceaanplaten onder de andere. Direct gevolg zijn vele vulkaaneilanden op de rand van de bovenliggende plaat. Dit betekent explosief vulkanisme in deze regio zoals de onderzeese vulkaan die explodeerde bij de Tonga eilandengroep in maart 2009. Ook uitbarstingen van zogenaamde, zeldzame hotspotvulkanen veroorzaken tsunami’s. Dit zijn vulkanen die niet het gevolg zijn van plaattektonische bewegingen. De vulkanen op Hawaï zijn een goed voorbeeld.
Hoe?
Vulkanen veroorzaken een tsunami op diverse manieren. Uiteraard kan ook de uitbarsting zelf de oorzaak zijn op voorwaarde dat de explosie niet dieper dan 500 m plaatsvindt. Een andere manier is de vorming van een caldera. Dit zijn ingestorte vulkanen. Als de magmakamer leeg is na de uitbarsting, stort de vulkaanbodem in de holte. Er ontstaat een grote, cirkelvormige depressie. Ook vulkanische tremoren (aardbevingen die vooraf gaan aan de uitbarsting) veroorzaken tsunami’s. Het wellicht beste voorbeeld hiervan is de tsunami een dag voor de catastrofale uitbarsting van de Vesuvius in 79 A.D.
Daarnaast kan allerlei as en puin dat uiteindelijk in het oceaanwater terecht komt, resulteren in een vloedgolf. Een modderstroom van as (lahar) en het ‘instorten’ van de vulkaankolom zijn hierbij de voorbeelden van het as en puin.
De Kratatau in Indonesië explodeerde in 1883 met enorme kracht. Dit zorgde voor een drukpuls in de atmosfeer. Deze was zo groot dat een tsunami van een halve meter ontstond in een meer helemaal in Nieuw Zeeland. Dit is bijna 8000 km verderop! Tenslotte kan een stroom van lava de zee instromen en een tsunami opwekken. Uiteraard gaat het dan om veel lava dat met een hoge snelheid de zee induikt.
Kometen, asteroïden en meteorieten
Veel kometen (een combinatie van ijs en gesteente) komen van de Kuiper en Oort gordel, maar er zijn ook kometen die al een baan om de zon hebben. Als kometen te dicht bij de zon komen, smelt het ijs en breekt de komeet op in asteroïden. Meteoroïden worden vaak gezien als kleine brokken van een asteroïde of een komeet.
Zo landde een brokstuk van een uiteenvallende komeet met een diameter van 1 km op de maan in het jaar 1178. De krater van 20 km in diameter is nog steeds te zien. Maar de aarde wordt ook zelf geraakt. Het afbreken van een komeet zorgden rond 7500-2600 v. Chr. voor inslagen op aarde. De overblijfselen van deze komeet zorgt jaarlijks voor vier meteoorregens. Het beste voorbeeld van een inslag door een komeet is die op de Krijt-Tertiair grens. De komeet sloeg in bij de oceaan vlakbij het schiereiland Yucatan in Mexico.
De inslag
Kort voor de inslag ontstaat een vloedgolf door de drukverandering in de lucht. Een aantal seconden later ontstaat de grote tsunami door het instorten van een groot deel van de enorme watermassa die de lucht in is gevlogen door de inslag. Een andere deel van het water verplaatst zich over honderden kilometers in de atmosfeer en komt dan neer als een enorme bak neerslag. De inslag veroorzaakt tevens een enorme aardschok.
Hoe vaak?
De overblijfselen van zo’n inslag blijven lang niet altijd goed bewaard op aarde. De aardoppervlak is immers begroeid, erodeert op veel plaatsen, en bestaat voor 70% uit water. Toch zijn kraters gevonden. Ook zijn er historisch gegevens. Op basis hiervan schatten wetenschappers dat een asteroïde of komeet van 1 km in diameter eens in de 100.000-200.000 jaar inslaat. Eéntje van 50 m slaat elke eeuw in. Echter, deze objecten slaan vaak in clusters zoals in de 15e eeuw.
Factoren
De inslagen veroorzaken vaak gigantische tsunami’s. Van belang zijn de dichtheid van het object, maar ook de snelheid van inslag. De eerste varieert van 1-8 g/cm3 en de snelheid varieert van 15-50 km/s. Hoe hoger de dichtheid, hoe groter de snelheid. Een hogere snelheid betekent uiteraard een hogere tsunami bij inslag in of vlakbij een watermassa. Een inslag vlakbij de kust zou namelijk nog voldoende druk door luchtverplaatsing of door de beving kunnen genereren voor een vloedgolf. Ook de diameter speelt een rol. De krater die gecreëerd wordt door de inslag is ongeveer twintig tot dertig maal groter dan de diameter van het object. Hoe groter de diameter, hoe groter de tsunami. Tenslotte zijn ook de afstand van de bron en de beschikbare watermassa bepalend voor de hoogte van de golf.
Meteorologische tsunami’s
Tsunami’s door meteorologische phenomenen ontstaan als golven worden gegenereerd van dezelfde snelheid als de al bestaande golven. Voorbeelden van deze fenomenen zijn bijvoorbeeld tropische stormen, orkanen, een weerfront en grote atmosferische drukverschillen. Dit soort tsunami’s komen voor in gebieden zoals de Adriatische Zee, in de baaien van Japan (vandaar de naam ‘havengolf’), nabij Korea en China en in grote meren van de V.S. Ze komen vaak voor in bepaalde gebieden. Dit heeft te maken met de resonantie door geometrie en topografie van bepaalde kustzones. De hoogte van de tsunami golven is beperkt to enkele meters. Toch kunnen ze grote schade aanrichten zoals in 1992 toen 75 mensen gewond raakten bij Daytona Beach in Florida.
Afsluitend…
Dit artikel laat in vogelvlucht zien dat tsunami’s niet alleen door aardbevingen veroorzaakt worden. Maar liefst 17,8% van de vloedgolven heeft een andere oorzaak. De gebieden bij aardplaatgrenzen hebben uiteraard de grootste kans getroffen te worden. Noordwest Europa is echter niet 100% veilig voor tsunami door een aardverschuiving, een inslag of een meteorologisch fenomeen.
Referentie:
Bryant, E., 2008. Tsunami. The Underrated Hazard (second edition). 330 p.
Zie ook:
- Tsunami 2004 géén uitzondering (Kennislinkartikel)
- Tsunami – de onstuitbare golf (Kennislinkartikel)
- Tsunami: vernietigende waterkracht (Kennislinkdossier)
- Hoe ontstaan tsunamis en waarom? (Kennislinkartikel)
- Satellieten zagen tsunami live (Kennislinkartikel)
- Tsunami waarschuwingssysteem – hebben wij er een nodig in de Noordzee? (Kennislinkartikel)
- Bestaand seismisch netwerk geschikt voor tsunamiwaarschuwing (Kennislinkartikel van NGV Geonieuws)
- Aardwetenschappers bootsen tsunami na (Kennislinkartikel van UU)
- Waarschuwen voor de tsunami (Kennislinkartikel)
- De schrik der zeven zeeën (Kennislinkartikel)
- Scheepswrak bevestigt vloedgolfsage (Kennislinkartikel)
- De perfecte golf (Kennislinkartikel)
- Grootste tsunami ooit? (Kennislinkartikel)