6.2. Szökőárhullámok (cunamik, ang. tsunamis)

Kr. e. 426-ban Thuküdidész, a görög történész és filozófus A peloponnészoszi háború története c. könyvében már felveti a szökőárhullámok keletkezésének kérdését, és helyesen meg is válaszolja azt, mondván, hogy a tenger alatti földrengések lehetnek e hullámok okozói. Idézzük írásának vonatkozó részét:

„E jelenség okát, véleményem szerint, a földrengésben kell keresnünk. Azon a helyen, ahol ütése a legerősebb, a tengert visszanyomja, amely azután hirtelen kettőzött erővel nyomul vissza áradást okozva. Földrengés nélkül nem látom, hogyan történhet meg egy ilyen katasztrófa.”

A szökőárhullámok, vagy eredeti japán elnevezésükkel cunamik (ami szó szerinti fordításban kikötői hullámokat jelent) olyan hullámok, amelyek – a később ismertetendő ár-apály hullámokhoz hasonlóan – az óceán egy részének teljes víztömegére kiterjednek, azaz az adott részben foglalt teljes vízoszlop függőleges irányú kimozdulása váltja ki őket[35], de a létrehozó erőhatások teljesen mások, tehát nem a Hold, vagy a Nap vonzása. (A szökőárhullámok angol neve: tidal wave, éppen ezért nem túl szerencsés, mivel összekeverhető az ár-apály elnevezésével, ami – mint az előző fejezetből tudjuk – tide.) Leggyakrabban szeizmikus erők hoznak létre cunamikat, egészen pontosan a tengerre is kiterjedő hatású földrengések és földcsuszamlások, a csak tengerfenéki területekre kiterjedő tengerrengések és üledékcsuszamlások, valamint tengerfenéki, illetve a tengerre is kiterjedő hatású szárazföldi vulkánkitörések. Ezenkívül a kontinentális jégmezők egy részének leszakadása, az elsősorban az Antarktiszra és Grönlandra jellemző ún. gleccser-borjadzás, ritkán nagyobb meteorit-becsapódások lehetnek ezeknek a hullámoknak a kiváltó okai[36]. A mesterséges okok között a tengerfenéken, vagy a tenger vizében végrehajtott nagyerejű (általában nukleáris) robbantások említhetők meg. A trópusi ciklonokban fellépő légköri nyomáscsökkenés által kiváltott viharhullámokat újabban meteocunamiknak is szokták nevezni, ami fizikai szempontból megalapozott, hiszen a csökkent légnyomású terület az egész alatta fekvő vízoszlopra szívóhatást gyakorol és kimozdítja azt nyugalmi helyzetéből. Mivel a későbbiekben ismertetendő állóhullámok (seiche-k) is megmozgathatják a sekélyebb tavak, vagy tengeröblök teljes víztömegét, ezek is megkülönböztetendők a cunamiktól. A cunami legtöbbször nem egyetlen hullám, hanem egy hullám-sorozat, amit angolul hullám-vonatnak (wave train) is szoktak nevezni. Tulajdonképpen ilyen hullámokat hozunk létre kicsiben, amikor egy kődarabot a vízbe dobunk, hiszen a kő süllyedése közben az egész vízoszlopot kimozdítja a helyéből, és a felszínen körhullámok sorozata indul el.

6.2.1. Hatásmechanizmusuk, jelenségtanuk

A cunamik a nyílt óceánon egyáltalán nem magas – általában csak mintegy 30–120 cm-es – de igen nagy (gyakran több száz km) hullámhosszúságú hullámok, illetve hullámsorok. Terjedési sebességük – a nagy hullámhossznak megfelelően – igen nagy. A mélyvízi hullámok fázissebesség-képletéből számítva az L = 10–1000 km = 104–106 m közötti hullámhossz-tartományban fázissebességük c = 125–1250 m/s = 450–4500 km/h között változik. Ez mutatja óriási mozgási energiájukat, ami a partot érve amplitúdójukat, illetve magasságukat hatalmasra (az eredeti több tízszeresére) növeli. Ezáltal lassuló, de még mindig igen nagy sebességű óriáshullámok jönnek létre, amelyek általában igen nagy pusztítást végeznek, esetleg még a parttól több km távolságban levő területen is. A hullámok a partra kifutva – energiájukat az útjukba kerülő akadályok lerombolására fordítva – tovább lassulnak, végül leállnak. A cunami hullámok általában nem törnek meg, nagy hullámhosszuk miatt csak a leghatalmasabb hullámok teteje destabilizálódik (6.5. ábra).

A bal oldali ábrán a szél keltette hullámok mozgása és a parthoz érve a viselkedése látható. A jobb oldali ábrán a cunami hullámok mozgása és a parthoz érve a viselkedése látható.

6.5. ábra. A szél keltette hullámok és a cunami hullámok közötti különbség ábrája (Forrás: http://staff.washington.edu/cpetroff/wordpress/wp-content/uploads/2011/03/windwave-1024x326.jpg; http://staff.washington.edu/cpetroff/wordpress/wp-content/uploads/2011/03/tsunami-1024x341.jpg)

Részletes jelenségtanukra áttérve: a természetben az L ~200 km körüli hullámhosszak és c ~800 km/h körüli terjedési sebességek lépnek fel leggyakrabban. A hatalmas hullámhossz miatt a cunami hullámok periódusideje is igen hosszú: T = L/c ~ ¼ h, azaz kb. 15 perc telik el adott helyen két hullámhegy megérkezése között. Emiatt szinte egyáltalán nem vehetők észre a mélytengeren. Az itt haladó hajókról igen ritkán észlelik őket[37].

Ahogy a cunami a parthoz közeledve a sekély vizekre ér, az ún. hullám-kifutás (wave shoaling) összenyomja a hullámot, melynek sebessége mintegy 80 km/h-ra mérséklődik, miközben hullámhossza is mintegy 20 km-re csökken. Eközben zajlik le a hullám magasságának gyors és félelmetes arányú növekedése: megjelenik a látható „vízhegy”. A 20 km-es hullámhossz miatt e növekedés percekig tart, s csak ezután éri el a hullám teljes magasságát. A legnagyobb cunamik kivételével – mint említettük – a partot érő hullám nem törik meg, egységes „vízfal”-ként éri el a partot, melynek csak egy keskeny „szalagja” habzik. Ez a vízfal főként a gyorsan nagy mélységűre mélyülő óceáni vizekkel szomszédos nyílt partokra jellemző. Azt a tengerszint-növekedést, amelyet a normális tengerszinthez képest a cunami csúcsának megérkezésekor mérhetünk, „felfutásnak” (run-up) nevezik. Mivel – mint említettük – a cunami általában nem egy hullám, hanem hullám-sorozat, számos ilyen felfutás követheti egymást, és nem is biztos, hogy az első a legnagyobb (6.6. ábra). A felfutások között 10–20 perc is eltelhet, míg az egész jelenség több óráig is tarthat.

A négy képen a Nagy Indiai-óceáni Cunami (2004) hullámsorának partra érkezése látható a Kata Noi Beach-en (Thaiföld)

6.6. ábra. A Nagy Indiai-óceáni Cunami (2004) hullámsorának egymást követő felvételei a Kata Noi Beach-en (Thaiföld) (1) a második cunami hullám visszahúzódásának kezdete de. 10 óra 17 perckor, (2) a második cunami hullám utáni maximális víz-visszahúzódás 10.20-kor, (3) a harmadik cunami hullám 11.00-kor, (4) a negyedik cunami hullám 11.22-kor (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/a/a1/2ndTsunamiWave.JPG; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/e/ea/KataNoiRecedingWaters.JPG; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/KataNoiHighest.jpg; http://en.wikipedia.org/wiki/File:KataNoiMoreWaves.JPG)

Igen gyakori az az eset, amikor a cunaminak nem a kiemelkedő (hullámhegy), hanem a lesüllyedt (hullámvölgy) része éri el a partot először. Ekkor a tenger abnormális mértékben visszahúzódik, felfedve a tengerfenék egy olyan sávját is, amely egyébként sohasem látható. Ez az egyetlen biztos előjele a szökőárnak, de mivel csak percekkel a hullám megérkezése előtt jelentkezik, általában nem hagy elég időt a menekülésre. A 2004-es Nagy Indiai-óceáni Cunami esetében a látványos vízvisszahúzódás (drawback) emberek megmenekülése helyett számos emberéletet követelt, ugyanis elsősorban a turisták – kíváncsiságtól hajtva – ellepték a szárazra került tengerrészt, hogy tengeri állatokat gyűjtsenek. A mintegy 10 perc múlva érkező hullámhegy majd mindegyiküket megölte (lásd 6.7. ábra).

A képen a Nagy Indiai-óceáni Cunami (2004) után a tengerpart képe látható a legnagyobb víz-visszahúzódás időpontjában

6.7. ábra. A tengerpart képe a legnagyobb víz-visszahúzódás időpontjában a Nagy Indiai-óceáni Cunami (2004) esetében (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/KataNoiReceding.jpg)

6.2.2. Intenzitásuk és energiájuk mérőszámai

Akárcsak a földrengések esetében, számos kísérlet történt arra, hogy mérőszámokat definiáljanak a cunamik intenzitásának, illetve nagyságrendjének jellemzésére, s így lehetőség legyen a különböző események összehasonlító elemzésére. Az első rutinszerűen használt cunami-erősség skálák az ún. Sieberg–Ambraseys skála, és az ún. ImamuraIida intenzitás-skála voltak, melyek közül az elsőt a Földközi-tenger térségében, míg a másodikat a Csendes-óceán nyugati medencéjében használták és használják. Az utóbbi skálát később I. Szolovjov orosz geofizikus módosította, aki a cunami intenzitását az

képlet alapján javasolta kiszámítani, ahol az átlagos hullámmagasság a cunami forrásához legközelebb eső parton. Ma ezt a skálát, amely SzolovjovImamura cunami intenzitás-skála néven ismeretes, használják az egész világon a cunamik méretskálájaként, így a globális cunami katalógusok összeállításánál is, amelyeket az USA-ban a NOAA/NGDC (Nemzeti Geofizikai Adatközpont), Oroszországban pedig az Orosz Föderáció Tudományos Akadémiájának Novoszibirszki Cunami Laboratóriuma tart naprakészen.

A fenti empirikus skálával szemben a cunami globális magnitúdójának (energiájának) nem helyhez kötött meghatározására az első próbálkozás az ún. ML skála volt, melyet megalkotóiról, Murty és Loomis amerikai geofizikusokról neveztek el, és a szökőárhullám(ok) teljes potenciális energiáján alapult. Sajnos az energia kiszámításának pontatlansága miatt ez a – fizikailag leginkább megalapozott – skála nem terjedt el. Ehelyett egy kevésbé egzakt, de jól számítható globális skálát szoktak használni, melynek neve cunami magnitúdó skála, és a következő képlettel számítható:

ahol h az epicentrumtól R távolságban levő pontban vízszint-mérő (ár-apály mérő) műszerrel mért maximális cunami hullámmagasság, a, b és D pedig empirikus úton megállapított numerikus konstansok ( jelentése – totális, v. teljes magnitúdó).

6.2.3. Szeizmikus tektonikus (tele)cunamik

Szeizmikus cunamik leggyakrabban akkor jönnek létre, ha a fent részletezett szeizmikus jelenségek valamelyike – leggyakrabban tengerrengés – során a tengerfenék egy jelentős darabja lesüllyed, vagy felemelkedik. A geofizikában azokat a földrengéseket, amelyek a szilárd földfelszínt alkotó kőzetlemezek határán (tektonikus törésvonalak mentén) következnek be és az egyik lemeznek a másikhoz viszonyított függőleges helyzetváltozásával járnak, tektonikus földrengésnek nevezik. Ekkor a mozgó lemezdarab vagy alázökken a másiknak, vagy pedig föléje tolódik. Természetesen előfordul, hogy mindkét tektonikus lemez egyszerre mozdul meg. Ezek a földrengések rendszerint az ún. konvergens (összetartó) törésvonalak mentén pattannak ki, ahol a kőzetlemezek vízszintes irányban egymáshoz nyomódnak, míg a törésvonalak másik két fajtájánál, a divergens (széttartó), illetve a deformatív (egymás mellett elcsúszó) törésvonalaknál jóval ritkábbak és kisebb erejűek. A következő, 6.8. ábra a konvergens törésvonalaknál egymás alá csúszó kőzetlemezek által kiváltott „betolódási” szeizmikus cunamik kialakulásának tipikus tektonikai hátterét mutatja be.

  
A cunami kialakulásának mechanizmusa

6.8. ábra. A cunami kialakulásának mechanizmusa (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8c/Eq-gen1.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Eq-gen2.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Eq-gen3.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/Eq-gen4.jpg)

Ezen mechanizmus fontosságát jelzi, hogy a cunamik mintegy 80%-a a Csendes-óceánon következik be, az itt kialakult és a szeizmológusok által „tűzgyűrűként” (Pacific Ring of Fire, 6.9. ábra) ismert, csaknem a teljes óceáni medencét körbevevő tektonikus szubdukciós gyűrű körzetében végbemenő lemezmozgások miatt.

A Csendes-óceáni „tűzgyűrű” elhelyezkedése térképen

6.9. ábra. A Csendes-óceáni „tűzgyűrű” (the Pacific Ring of Fire) (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/52/Pacific_Ring_of_Fire.svg/350px-Pacific_Ring_of_Fire.svg.png)

Az elmúlt évszázad (egész pontosan az 1906–2005 közötti időszak) legnagyobb tektonikus földrengései, melyeknek energiáját az alábbi diagramon (6.10. ábra) mutatjuk be, azaz az 1960-as chilei földrengés, az 1964-es alaszkai földrengés és a 2004-es szumátrai földrengés – helyszínükből következően – mind szökőárt eredményeztek, mégpedig olyan globális szökőárhullámokat, amelyek többször megkerülték a Földet. Az ilyen cunamikat globális, vagy tele-cunaminak nevezzük; az őket kiváltó földrengések pedig mindannyiszor szubdukciós törésvonalak mentén kialakult ún. megathrust („mega-betolódási”) rengések voltak.

A műszerekkel megbízhatóan megmért energiájú földrengések közül[38] csak a három legnagyobb rengés: a Valdivia közeli epicentrumú Nagy Chilei Földrengés (Great Chilean Earthquake, Mw=9,5), az alaszkai Vilmos herceg-szorosbeli (Prince William Sound) epicentrumú Nagypénteki Földrengés (Good Friday Earthquake, Mw=9,4), valamint a Szumátra közelében fekvő Simeulue sziget alatti epicentrumú Karácsony Másnapi Földrengés (Boxing Day Earthquake, Mw=9,3) energiája haladta meg az Mw=9,0 magnitúdó értéket. Az éppen Mw=9,0 magnitúdójú földrengések száma is csupán kettő volt: az egyik Kamcsatka partjaitól keletre fekvő epicentrummal 1952-ben következett be, a másik a 2011-es japán földrengés volt, amely a Tōhoku Földrengés nevet kapta földrajzi helyéről. Mind az öt felsorolt óriás-földrengés azonos jellegű volt a következőkben:

  • a Csendes-óceán körüli tűzgyűrűben pattantak ki, tengeri vagy óceáni epicentrummal;

  • lemeztektonikai eredetű mega-alácsúszásos, „megathrust” rengések voltak;

  • mindegyikük globális hatású „tele-cunamit” okozott.

Az 1906 és 2005 közötti legnagyobb földrengések magnitúdó értékükkel az összes magnitúdóhoz viszonyítva arányosan körcikk diagramon

6.10. ábra. Globális szeizmikus események 1906 januárjától 2005 decemberéig (Forrás: http://feww.files.wordpress.com/2009/07/total-seismic-moment-released-by-earthquakes-1906-2005.jpg?w=420&h=361)

Az Mw magnitúdó értékek a rengés során felszabaduló energiát (a rengés által „végzett”) munkát jellemzik a következő képlet alapján:

ahol M0 a rengés energiája 10-7 J (Nm) egységben. A listavezető chilei földrengés energiája tehát mintegy 2×1023 Nm volt, amivel a listázott rengések összenergiájának 1/5 részét képviselte, míg a legutóbbi szumátrai tengerrengés energiája 1023 J (Nm) volt, azaz az összenergia 1/10 része.

Tragikus sajátossága ezeknek a globális cunamiknak, hogy míg az időrendben első három rengés viszonylag kevés áldozattal járt, elsősorban a közelükben fekvő partok viszonylag gyér népessége és a sűrűn lakott urbanizált területek epicentrumuktól való viszonylag nagy távolsága miatt, addig az utolsó kettő – amely már századunkban következett be – tragikus rekordokat döntött mind az emberi áldozatok, mind pedig az anyagi károk és a jövőbe ható következmények terén. Mindez fokozottan irányítja rá figyelmünket a Föld túlnépesedéséből és veszélyes erőforrásainak túlzott használatából fakadó veszélyekre. E két „mega-katasztrófával” a továbbiakban részletesen foglalkozunk.

Sajnos a 21. század eddig – ismereteink szerint – rekord-döntőnek bizonyult a globális hatású cunamik tekintetében. A 2004-es szumátrai földrengés, amelynek nyomán a Nagy Indiai-óceáni Szökőárnak nevezett természeti katasztrófa kialakult, az eddig feljegyzett harmadik legnagyobb erejű földrengés és a legtöbb áldozatot követelő szökőár volt az emberiség történetében.

6.2.4. A 2004-es Indiai-óceáni Szökőár (the 2004 Indian Ocean Tsunami)

A 2004-es indiai-óceáni (Szumátra-Andaman) földrengés egy, a tengerfenéken bekövetkezett óriási betolódási földrengés (tengerrengés) volt, amely 2004. december 26-án 00:58:53 UTC-kor (helyi idő szerint 10:58:53-kor) kezdődött. Epicentruma az indonéziai Szumátra szigetétől nyugatra, az Andaman-szk. irányában volt, ezért a szeizmológusok általában Szumátra-Andaman földrengésnek nevezik. A földrengés által kiváltott szökőárra is többféle elnevezés terjedt el, melyek közül az Indiai-óceáni Cunami, az Indonéziai Cunami és a Karácsony Másodnapi (Boxing Day) Cunami a legelterjedtebbek. A szökőárt kiváltó földrengés a Richter-skálán 9,1–9,3 közötti erősségű volt, azaz a műszerrel regisztrált harmadik legerősebb. Ugyanakkor első helyen áll a keletkezett kéregrepedés (fault) hosszát és kialakulásának időtartamát illetően: 1600 km, illetve 8,3–10 perc. A repedés következtében az egész Föld 1 cm-es amplitúdójú rezgésbe kezdett és az antipódusnak számító Alaszkában is másodlagos rengések léptek fel. A keletkezett szökőár egyes partokon 30 m-es hullámokat hozott létre. A leginkább érintett országok Indonézia, Sri Lanka, India és Thaiföld voltak, de még Dél-Afrikában is voltak halálos áldozatok. Az áldozatok száma mértéktartó becslések szerint is elérte a 230 ezret, amivel – a halálos áldozatok tekintetében – az írott történelem harmadik legnagyobb természeti katasztrófájává lett (6.11. ábra).

A képen a nagy Indiai-óceáni Szökőár látható a tengerparton

6.11. ábra. A nagy Indiai-óceáni Szökőár Ao Nangban (Thaiföld) (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2d/2004-tsunami.jpg/300px-2004-tsunami.jpg)

A Szökőár részletes leírása geofizikai és oceanográfiai szempontból, egyéb aspektusok

Szeizmikus háttér

A kipattant megathrust rengés szokatlanul nagy volt mind földrajzi, mind geológiai értelemben. Körülbelül 1600 kilométer (1000 tengeri mérföld) hosszúságú törésvonal-szakasz repedt meg és csúszott el mintegy 15 métert (50 láb) azon a törésvonalon, ahol az Indiai lemez becsúszik a felette fekvő Burma lemez alá. A repedés nem pillanatszerűen ment végbe, hanem néhány perc alatt és két fázisban:

1. fázis: Szeizmografikus és akusztikus szondázási adatok igazolják, hogy az első fázisban egy mintegy 400 km (250 tengeri mérföld) hosszúságú és 100 kilométer (60 tengeri mérföld) szélességű repedés keletkezett 30 km-rel a tengerfenék alatt – ez volt a valaha is észlelt legszélesebb repedés, amely egy földrengés során keletkezett. A repedés 2800 m/s sebességgel terjedt – ami 10 000 km/h, illetve 6200 mph sebességnek felel meg – kiindulópontjától, Aceh partjaitól északnyugati irányban. Kialakulása mintegy 100 másodperc alatt zajlott le.

2. fázis: Ezután mintegy 100 másodperces szünet állt be az eseményekben, majd a repedés folytatta útját az Andaman és Nicobar-szigetek felé. A repedés északi része a korábban létrejött déli résszel ellentétben már lassabban – 2100 m/s (7500 km/h, illetve 4700 mph) sebességgel terjedt északi irányban további 5 percen át, amíg elért egy olyan lemezhatár-szakaszra, ahol alábukás helyett csúszó-ütköző mozgás volt jellemző (a két lemez ellentétes irányban elcsúszik egymás mellett). Ez természetszerűen lecsökkentette a víz függőleges irányú kilendülését és jelentősen mérsékelte a cunami-hullám méretét az Indiai-óceán északabbra fekvő térségeiben (a 6.12. ábra a törésvonalak három alapvető fajtáját ábrázolja).

Az óceánban lévő lemezek mozgásának bemutatása

6.12. ábra. Szubdukció folyamatai (Forrás: http://giseis.alaska.edu/input/west/guides/amato_faulting/fault_types_and_boundaries.jpg)

Az Indiai lemez a nagy Indo-Ausztráliai lemez része, amely az Indiai-óceán és a Bengáli-öböl alatt fekszik, és keleti irányban mozog mintegy 6 cm/év sebességgel. Az Indiai lemez a Burmai lemezzel (amely a nagy Eurázsiai lemez egy része) a Szunda-árokban érintkezik, amely a földrengésben és szökőárban közvetlen szerepet játszó szubdukciós zóna volt. A Burmai lemezen fekszenek az Andaman és a Nicobar-szigetek, valamint Észak-Szumátra. A szubdukciós zónában a lesüllyedő kőzet megolvad, gáztartalma felszabadul, és a félig olvadt magma vulkanikus kürtőket formál, így egy vulkanikus hegylánc formálódik a törésvonal mentén, amelyet Szunda-ívnek neveznek (6.13. ábra).

Oceanográfiai és geológiai következmények

Az oldalirányú mozgásokon kívül a rengés után a tengerfenék több métert megemelkedett, mintegy 30 km3 vizet kiszorítva a helyéről. Ez a víztömeg okozta a cunami hullámokat. Mint az az előbb leírtakból kiderül, a vertikális elmozdulás nem egy pont, hanem egy vonal mentén játszódott le, tehát a cunamit nem pontforrás, hanem egy 1600 km hosszúságú vonalforrás okozta. Ez volt az oka annak, hogy minden idők egyik legnagyobb tele-cunamija jött létre, amely elérte Mexikót, Chilét és az Arktiszt is. A tengerfenék megemelkedése csökkentette a teljes Indiai-óceán térfogatát, mintegy 0,1 mm-rel megemelve annak átlagos vízszintjét.

Geológiailag számos igen látványos következménye volt a földrengésnek. Mintegy 10 m-es oldalirányú és 4–5 m-es függőleges irányú elmozdulás történt a teljes 1600 km-es törésvonal mentén. Mivel a mozgás függőleges irányú is volt, nem meglepő, hogy egyes szárazföldi területek a tenger szintje alá süllyedtek. Az Andaman- és a Nicobar-szigetek a délnyugati irányú mintegy 1,25 m-es elmozdulás mellett csaknem 1 méterrel megsüllyedtek.

A bal oldali ábrán a Föld alapvető tektonikus lemezei láthatók, köztük a földrengésben érintett lemezekkel. A jobb oldali ábra az Mw>4,0 magnitúdójú utórengések színhelyét (epicentrumát) ábrázolja, amely ponthalmaz nagyon jól kirajzolja a Szunda-ív térségét.

6.13. ábra. A bal oldali ábrán a Föld alapvető tektonikus lemezei láthatók, köztük a földrengésben érintett lemezekkel. A jobb oldali ábra az Mw>4,0 magnitúdójú utórengések színhelyét (epicentrumát) ábrázolja, amely ponthalmaz nagyon jól kirajzolja a Szunda-ív térségét. (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Plates_tect2_en.svg; http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2004/us2004slav/tect_lg.gif)

2005 februárjában a változások feltérképezésére kiküldött HMS Scott, a Brit Királyi Haditengerészet kutatóhajója, egy nagyfelbontású és több hullámhosszon működő szonár segítségével végigkutatta a földrengés által érintett tengerfenék területét 1000 és 5000 méter közötti mélységben. Azt tapasztalták, hogy a rengés hatalmas változásokat okozott a tengerfenék topográfiájában. A korábbi geológiai tevékenység által létrehozott 1500 m magas domb-láncok mindenütt beomlottak a törésvonal mentén, több kilométer szélességű üledék-omlásokat okozva. Az egyik ilyen „omlás” egy olyan monolit kőtömb megmozdulását jelentette, amely 100 m magas és 2 km hosszú volt. A tektonikus emelés hatására felfelé mozduló víztömeg hatalmas – nem ritkán több millió tonna súlyú – sziklatömböket görgetett a tengerfenéken, akár 10 km távolságra. A legfontosabb végeredmény az volt, hogy egy 80–100 km hosszúságú mélyóceáni árok nyílt meg az epicentrum közelében a tengerfenéken.

A felszabadult energia mennyisége

Ha csupán a felszínen felszabadult energiát vesszük számításba (ME, amelyet pusztítást okozó szeizmikus potenciálnak neveznek), ezt 1,1×1011 MJ-ra becsülik, amely 26,3 megatonna TNT-nek felel meg, tehát a hirosimai atombomba pusztító energiájának mintegy 1500-szorosa volt. Ez azonban csak egy kis része a teljes felszabadult energiának, melynek többi része a felszín alatt realizálódott. Ez a korábban már definiált teljes energia az adott esetben 4,0×1016 MJ lehetett, tehát mintegy 363 000-szer nagyobb, mint az ME.

Ez már 9560 Gt TNT ekvivalens, azaz 550 millió hirosimai bomba egyesített energiája, vagy az USA 370 évi teljes energiaszükséglete a 2005. évi szinten. Már említettük, hogy ennél nagyobb energiája csak az 1960-as chilei (2,5×1017 MJ) és az 1964-es alaszkai (7,5×1016 MJ) földrengésnek lehetett.

Geofizikai és planetológiai következmények

A rengés a földfelszínen átlagosan 20–30 cm-es amplitúdójú oszcillációt keltett, amely megegyezik a Nap és a Hold teljes vonzóerejének hatásával. Ezek a rezgések az antipóduson is elérték a 3 mm amplitúdót, és még két hónappal a rengés után is észlelhetők voltak, mintegy 100-szoros gyengülés után. Csak mintegy négy hónap után olvadtak bele a Föld sajátrezgéseibe. A rengés hatalmas energiája és viszonylag csekély mélysége miatt az energia főleg felszíni elasztikus (Rayleigh-) hullámok formájában terjedt, melyeknek amplitúdója a földkerekségen mindenütt elérte az 1 cm-t.

A tömegátrendeződés és az energia-felszabadulás következtében a Föld planetáris paraméterei (6.14. ábra) is megváltoztak kis mértékben. A földrengés az elméleti modellek szerint mintegy 2,68 mikroszekundummal változtatta meg a nap hosszát a Föld lapultságának változása révén.

A Föld alakjának bemutatása

6.14. ábra. A Föld alakja (Forrás: http://image.absoluteastronomy.com/images/encyclopediaimages/o/ob/oblatespheroid.png; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Ellipse_axis.svg)

Ezzel egyidejűleg kiváltotta a Föld forgástengelye körüli „imbolygását” a 145° keleti szélesség irányában. Ennek mértékéről megoszlanak a vélemények: 2,5 cm és 5–6 cm közé teszik. Minthogy azonban a Hold vonzása következtében a nap hossza amúgy is 15 µs-mal nő évente, az okozott anomália kb. 3 hónap alatt eltűnik (vagy inkább beolvad, ami nem ugyanaz). Ehhez hasonlóan a Föld tengelyének természetes gravitációs eredetű Chandler-ingása, amely akár 15 m-t is elérhet, magába „nyeli” a földrengés által okozott anomáliát.

Meg kell említeni, hogy ez volt az első cunami, amelyről majdnem teljes műholdas felvétel-sorozat készült a TOPEX/POSEIDON és JASON–1 műholdak jóvoltából. Ezek a műholdak a tengerfelszín topográfiáját 1–2 cm pontossággal mérő radarokat hordoznak a fedélzetükön, és a cunami hullám magasságát a mélytengeren mintegy 50 cm-nek regisztrálták.

A cunami jellemzői

A cunami – az átlagnak megfelelően – eltérő viselkedést mutatott a mélyóceánban és a sekély parti vizekben. Az első esetben csupán egy kis kiemelkedésként volt megfigyelhető, amely azonban a hely függvényében 500–1000 km/h sebességgel haladt. A parti vizekben sebessége néhányszor tíz km/h-ra csökkent, miközben amplitúdója két nagyságrenddel megnőtt és így pusztító erejű hullámheggyé vált. Aceh (Szumátra) területén a károk vizsgálata közben bizonyítékot találtak arra, hogy a hullám 24 méteres magasságot ért el a partvonal hosszú szakaszán, majd a szárazföldön tovább haladva – már nem közvetlenül a parton fekvő egyes területeken – a 30 m-es magasságot is elérte. Egyes helyeken a cunami 2 km mélységben hatolt be a szárazföldre. Mint említettük, a műholdakon elhelyezett radar-magasságmérők a nyílt óceánon csupán 60 cm-es maximális hullámmagasságot regisztráltak. Sajnos ezeket a méréseket figyelmeztetési célra nem tudták felhasználni, mivel feldolgozásuk nem on-line történt, az adatok csak néhány órával később váltak ismertté.

Elismert cunami szakértők véleménye szerint a szökőárhullámok energiája 20x109 MJ (5 megatonna TNT egyenérték) volt, ami kétszerese a II. világháborúban felhasznált összes robbanóerőnek, de mégiscsak elenyésző része a földrengés teljes energiájának.

Az animáción a Szumátra-Andaman földrengés által kiváltott szökőár terjedését figyelhetjük meg a főrengést követő 3 órában

6.15. ábra. A Szumátra-Andaman földrengés által kiváltott szökőár terjedésének animációja a főrengést követő 3 órában. A vizualizáció északnyugati irányba nézve készült. (Forrás: http://walrus.wr.usgs.gov/tsunami/sumatraEQ/SumatraNW2.html; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/4/45/2004_tsunami_animation.gif)

Mivel az 1600 km hosszú törésvonal, amelyen a földrengés lezajlott, csaknem észak–déli irányú volt, nyilvánvaló, hogy a cunami hullámok erre merőlegesen, azaz keleti és nyugati irányba indultak el. Ennek a ténynek az érintett partokra nézve számos szerencsés és szerencsétlen következménye volt (6.15., 6.16. ábra).

A térképen a cunami hullámstruktúrájának szerkezete és elhelyezkedése látható a főrengést követően

6.16. ábra. A cunami hullámstruktúrája a főrengést követően. Piros színnel a pozitív, kék színnel pedig a negatív magassági anomáliát jelöltük. Jól látható, hogy keleti irányban egy negatív hullám indult el, ami a parton víz-visszahúzódással kezdődő cunamit váltott ki (pl. Thaiföldön). Ugyanakkor nyugati irányban pozitív hullámot váltott ki a rengés, tehát a cunami víz-visszahúzódás nélkül futott ki a partra (pl. Sri Lankán). A hullámok azon sajátossága is jól látható, hogy a mélyülés amplitúdója kisebb, mint a feltornyosulásé. Sajnos ez nem sokat segített a szumátraiakon, hiszen igen közel voltak az epicentrumhoz, viszont lényegesen rontotta a Sri Lankaiak helyzetét. (Forrás: http://images-mediawiki-sites.thefullwiki.org/10/2/6/6/57821663151093164.gif)

Banglades, ami a Bengáli-öböl északi végében fekszik, gyakorlatilag érintetlen maradt, annak ellenére, hogy igen alacsonyan fekvő terület és viszonylag közel volt az epicentrumhoz is. Ez annak köszönhető, hogy a cunami hullámok itt gyakorlatilag a parttal párhuzamosan gördültek, és – mint korábban említettük – energiájuk is jóval kisebb volt, mint a délebbre fekvő részeken. A szárazföldeknek a cunami keletkezési helyével átellenes oldalán fekvő partszakaszok általában biztonságosak, de nagy cunamik esetén a hullámok megtörése és szétsugárzása (diffrakciója) miatt ezeken a helyeken is keletkezhetnek károk. Így 2004-ben az India nyugati partján fekvő Kerala állam, valamint Sri Lanka nyugati partvidéke is jelentős károkat szenvedett. Érdekes tény az is, hogy az epicentrumtól 7000 km-re, de a hullámok irányára merőlegesen fekvő szomáliai partokon nagyobb károk keletkeztek, mint Bangladesben, melynek partvidéke mindössze 1500 km távolságra volt az epicentrumtól.

Mivel a 2004-es cunami globális hatású tele-cunami volt, megérkezése a rengés időpontjához képest – az adott hely távolságának függvényében – széles határok között változott (mint azt a 6.17. ábra animációjából is láthatjuk). Szumátra északi részére a rengés után már 15 perccel megérkezett a szökőár, Sri Lankára és India keleti partvidékére 90–120 perccel a rengés után, míg Szomáliába 7 órával később. Thaiföldön szintén viszonylag későn, 2 órával a rengés után jelentkezett a cunami, mivel a sekély Andaman-tengeren lényegesen lassabban haladtak a hullámok a sekélyvízi terjedési sebesség kisebb értékének megfelelően:

ami L= 31,4 km = 3,14×104 m hullámhossz mellett h < 5000 m határmélységet határoz meg. Mivel itt a tengermélység ennek csak kb. 1/10-e, ez -szeres, azaz mintegy 3-szoros sebességcsökkenést jelent.

A cunami legtávolabbi észlelési pontja (nem számítva a műszeres méréseket, melyek az egész Földön kimutatták azt), a Dél-Afrikában fekvő Struisbaai (az afrikai kontinens csaknem legdélibb pontja, az Agulhas-fok szomszédságában) volt, 8500 km-re az epicentrumtól. Itt egy 1,5 m magas dagályhullámként érkezett ki a partra, 16 órával a földrengés kipattanása után. Ez a nagy késés annak tulajdonítható, hogy a hullám lelassult a Dél-Afrikát körülvevő széles kontinentális talapzaton, majd délnek fordult a kontinens keleti partvonalát követve. Egyes források szerint a cunami elérte az Antarktiszt is, ahol a japán Showa Kutatóbázison 1 m-es hullámot mértek, s ezt követően számos rezonancia-hullám is észlelhető volt.

A cunami alább közölt animációjából világosan látható, hogyan sugároztak ki a cunami hullámok az 1600 km hosszúságú aktív zónából.

6.17. ábra. A cunami alább közölt animációjából világosan látható, hogyan sugároztak ki a cunami hullámok az 1600 km hosszúságú aktív zónából. (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/2004_Indonesia_Tsunami_Complete.gif)

Halálos áldozatok és szükségintézkedések

Az U.S. Geological Survey adatai szerint összesen 227 898 ember vesztette életét a cunami következtében. Ezzel a katasztrófa a cunamiknál általában több áldozatot követelő földrengések között is az első 10 között van az emberiség történetében. A legtöbb áldozatot, mintegy 170 000 embert, Indonézia lakosai közül követelte a szökőár. Az epicentrumtól 8000 km-re fekvő Dél-Afrikában is 8 halálos áldozat volt. Igen szomorú dolog, hogy az áldozatok mintegy 1/3-a gyermek volt. Ezen kívül a halászatból visszatérő férjeiket váró asszonyok közül is feltűnően sok volt az áldozat. (A halászok a trópusokon általában éjjel, vagy kora hajnalban indulnak el és délre térnek haza a zsákmánnyal.) A helyi lakosokon kívül nagyszámú külföldi turista – mintegy 9000 ember – is életét vesztette. E szempontból a listavezetők az északi országok voltak, elsősorban Svédország, 543 áldozattal.

Sri Lankán, Indonéziában és a Maldív-szigeteken szükségállapot (statárium) bevezetése vált szükségessé. Az ENSZ becslése szerint a mentési munkálatok költségei az eddigi legmagasabbak voltak az emberiség történetében Az ENSZ akkori főtitkára, Kofi Annan szerint a helyreállítás valószínűleg 5–10 évet vesz majd igénybe.

A 6.3. táblázat az emberéletben és a létfeltételekben okozott károkat foglalja össze.

Az érintett ország és időzónája

Halottak megerősített száma

Halottak becsült száma

Sérültek száma

Eltűntek száma

Kitelepítettek száma

Indonézia (UTC+7h)

130 736

167 799

n/a

37 063

500 000+

Sri Lanka (UTC+5:30h)

35 322

35 322

21 411

n/a

516 150

India (UTC+5:30h)

12 405

18 045

n/a

5640

647 599

Thaiföld (UTC+7h)

5395

8212

8457

2817

7000

Szomália (UTC+3h)

78

289

n/a

n/a

5000

Mianmar (Burma) (UTC+7h)

61

400–600

45

200

3200

Maldív-szk. (UTC+3h)

82

108

n/a

26

15 000+

Malajzia (UTC+7h)

68

75

299

6

n/a

Tanzánia (UTC+3h)

10

13

n/a

n/a

n/a

Seychell-szk. (UTC+4h)

3

3

57

n/a

200

Banglades (UTC+6h)

2

2

n/a

n/a

n/a

Dél-Afrika (UTC+1h)

2

2

n/a

n/a

n/a

Jemen (UTC+3h)

2

2

n/a

n/a

n/a

Kenya (UTC+1h)

1

1

2

n/a

n/a

Madagaszkár (UTC+3h)

n/a

n/a

n/a

n/a

1000+

Összes

~184 167

~230 273

~125 000

~45 752

~1,69 millió

6.3. táblázat. A nagy Indiai-óceáni Szökőár által okozott károk

Gazdasági és környezeti károk

A cunami okozta anyagi veszteségek végzetesek voltak a tengerparti halászközösségekre, akik amúgy is az adott országok legszegényebb néprétegeihez tartoznak. Indonéziában jelentős gazdasági kárként jelentkezett a halászhajók és felszerelések csaknem 100%-ának pusztulásán felül a halászok számában, mint munkaerőben és családfenntartó emberekben bekövetkezett veszteség. Sri Lankán a sok felszereléssel (horgok, varsák, lándzsák stb.) folytatott hagyományos halászmesterség mintegy 250 000 embernek adott kenyeret, ez volt a régió fő gazdasági „ágazata”. Az utóbbi időben a halászat dinamikusan fejlődő szektor volt, ami jelentős devizabevételt is termelt az országnak. Becslések szerint itt a halászati infrastruktúra mintegy 2/3-a semmisült meg. A halászok csónakjaikat üvegszál erősítésű hajókra próbálják cserélni a szökőár óta. A közgazdászok véleménye megoszlik a károk súlyosságáról az érintett nemzetgazdaságok egésze szempontjából, többségük azonban alapvetőnek mondja ezeket az infrastrukturális veszteségek, valamint a mezőgazdaságban és az ivóvízbázisban bekövetkezett nehezen visszafordítható károk miatt, amelyeket a sós tengervízzel való tartós elöntés okozott. Károk keletkeztek a Malakka-szorosban folyó nagy volumenű hajóforgalmat biztosító infrastruktúrában (világítótornyok, jelzőbóják, kikötői berendezések stb.) is. A turizmus csak mintegy 5 évvel a cunami után érte el a korábbi értéket, jelentős részben pszichológiai momentumok (a veszélytől való félelem) miatt.

Az emberéletekben bekövetkezett szörnyű veszteség mellett az indiai-óceáni cunami hatalmas és maradandó környezeti károkat is okozott (6.18. ábra), amelyek még hosszú éveken át negatív hatást fognak gyakorolni a térségre. Komoly károk keletkeztek az ökoszisztémában, ezen belül a mangrove erdőkben, a korallzátonyokban és trópusi esőerdőkben, valamint a parti mocsarak élővilágában, biodiverzitásában, és a felszín alatti vizekben. Ezenfelül a keletkezett hatalmas mennyiségű szilárd és folyékony hulladék (romok, szétömlött szennyvíz stb.) tovább súlyosbította a környezet károsodását (6.19. ábra). A fő problémát a térség csekély mennyiségű édesvíz készletének tengeri só általi megmérgezése és a szántóföldeken visszamaradt jelentős sóréteg jelenti (6.20. ábra). Még a Maldív-szigeteken is mintegy 16–17 eddig lakható korall-sziget (atoll) vált évtizedekre lakhatatlanná. Az ivóvíz-bázis alapjául szolgáló porózus kőzetek sóval telítődtek, a sóval fedett szántóföldek pedig terméketlenné váltak. Helyreállításuk rendkívül költséges lenne. Sri Lankán több ezerre tehető az elpusztult rizs, mangó és banánültetvények száma. Az ivóvizet szolgáltató kutak mintegy két év múltán váltak ismét használhatóvá.

A képen a cumani elvonulása utáni tájkép látható

6.18. ábra. Cunami okozta pusztítás (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/US_Navy_050102-N-9593M-040_A_village_near_the_coast_of_Sumatra_lays_in_ruin_after_the_Tsunami_that_struck_South_East_Asia.jpg)

Az Apung 1 hajó, melyet a cunami 2–3 km-re sodort el a parttól a szárazföldre.

6.19. ábra. Az Apung 1-et, egy 2600 tonnás hajót a cunami 2–3 km-re sodorta be a partra és végül egy kétpályás autóúton „landolt”. Ma Banda Aceh városának egyik fő turisztikai attrakciója. (Forrás: http://3.bp.blogspot.com/_LoPTdkHrjjk/SvEYoVOWogI/AAAAAAAAFqw/orJRuSFGXeg/s1600/apung-ship-washed-ashore-banda-aceh-2004-tsunami-2600-tons.JPG)

A három műholdképen a cunami által elárasztott terület látható a pusztítás előtt és után

6.20. ábra. A cunami által elárasztott terület és elpusztult növényzet, Khao Laknál, a Phuket-sziget északi részén, Thaiföldön (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/TsunamiAftermathNorthofPhuket_NASA.jpg)

Sajnálatos körülmények folytán a tele-cunamik száma e jegyzet írásának ideje alatt is egy, különösen tragikus következményekkel járó cunamival gyarapodott, amely Japán sűrűn lakott középső részét sújtotta és – a nagyszámú emberáldozat, valamint az ország fejlett infrastruktúrájában keletezett rekord összegű kár mellett – a történelemben először okozott az INES (International Nuclear Event Scale) skálán legsúlyosabb, 7-es minősítésű, legalább egy évszázadra kiható atomerőmű-balesetet, reaktor-leolvadással és jelentős radioaktív környezetszennyezéssel.

6.2.5. A 2011-es Tōhoku Földrengés és Szökőár, vagy Nagy Kelet-japáni Földrengés

A hivatalos japán nevén ,Higashi Nihon Daishinsai, azaz angolul „Eastern Japan Great Earthquake Disaster” egy Mw=8,9–9,0 magnitúdójú, szintén tenger alatti epicentrummal rendelkező megathrust földrengés volt, amely Japán legnagyobb szigete, Honshu keleti partjai közelében robbant ki 2011. március 11-én 05:46 UTC-kor, azaz japán idő szerint 14:46 JST-kor. A rengés epicentruma megközelítőleg 70 km-re keletre volt a Tōhoku tartomány keleti partján fekvő Oshika-félszigettől, a rengés fészkének mélysége pedig kb. 32 km volt. Ez volt a Japánt (a történelmi időkben) valaha is ért legnagyobb földrengés és az ötödik helyet foglalja el a globális földrengés erősség-listán, melyet, mint már korábban említettük, 1900-tól vezetnek. Az epicentrumnak a szárazföldhöz való közelsége miatt a földrengés extrém nagyságú, helyenként 38,9 méteres szökőárhullámokat keltett, amelyek átlagosan 10 km mélységben hatoltak be a szárazföldre. A nagyszámú áldozat és az infrastruktúrában keletkezett rendkívüli kár mellett a szökőár – mint már említettük – egyszerre több INES 7-es skálájú nukleáris balesetet okozott, ami példátlan az atomenergia alkalmazásának történetében, és a lakosságnak az érintett Fukushimai Atomerőmű 30 km sugarú körzetéből történő végleges kitelepítését igényelte. A keletkezett anyagi kár összegét 300 milliárd dollárra becsülik, amivel a rengés a legnagyobb anyagi kárt okozó természeti katasztrófává lett az emberiség történetében.

A Japán Rendészeti Minisztérium közlése szerint 14 981 halálos áldozata volt a katasztrófának 5279 volt a sérültek és 9880 az eltűntek száma az érintett összesen 18 prefektúrában. 125 000 épületben keletkeztek károk, jó részük teljesen megsemmisült. A földrengés és a cunami nagy területen súlyos károkat okozott az infrastrukturális létesítményekben: vasútvonalakban, autópályákban stb. is. Számos helyen tüzek keletkeztek, és egy duzzasztógát is leomlott. Mintegy 4,4 millió háztartás maradt áram nélkül és 1,5 millió ivóvíz nélkül. Számos erőmű-egység károsodott, és a Fukushimai Erőmű 3 nukleáris reaktorában következett be hidrogén-robbanás az ún. konténment-épületekben a reaktorok hűtőrendszerének tönkremenetele következtében a hűtővízből felhalmozódott hidrogénből. Később ezek a reaktorok teljesen tönkrementek, azaz leolvadtak. Az erőmű 30 km-es körzetéből kilakoltatták a lakosságot.

Naoto Kan japán miniszterelnök a következő kijelentést tette: „A II. világháború vége óta eltelt 65 évben ez a legkeményebb és legnehezebben orvosolható megpróbáltatás a japán nép számára.” A földrengés Honshu szigetét 2,4 m-rel mozdította el keleti irányban, a Föld tengelyét pedig mintegy 10–25 cm-rel lökte arrébb (6.21. ábra). A korai becslések csupán a biztosított értékekben keletkezett károkat 14.5 és 34.6 billió USA dollár közé teszik. A Bank of Japan (Japán Nemzeti Bank) 15 trillió jen (183 billió dollár) értékű segélyt ajánlott fel az ország bankjainak a pénzügyi egyensúly fenntartására.

A képen Honsu szigetének látképe látható a földrengés után. A háttérben fekete füst gomolyog.

6.21. ábra. Honsu szigete a földrengés után (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2a/SH-60B_helicopter_flies_over_Sendai.jpg)

A Szökőár részletes leírása geofizikai és oceanográfiai szempontból, egyéb aspektusok

Szeizmikus háttér

Az MW=9,0 magnitúdójú tengeralatti mega-betolódási rengés 2011. március 11-én, japán idő (JST) szerint 14:46 órakor következett be a Nyugati-Csendes-óceán alatt, viszonylag kis, 32 km-es mélységben; epicentruma megközelítőleg 72 km-re keletre volt a Tōhoku japán tartományban fekvő Oshika-félszigettől és 6 percig tartott. A rengéshez legközelebb eső nagyobb japán város Sendai volt, a Honshu szigeten 130 km távolságban. A rengés Tokiótól 373 km távolságban tört ki. A fő rengést számos erős előrengés előzte meg, bekövetkezése után pedig több száz utórengést észleltek. Az első nagyobb előrengés egy MW=7,2 nagyságú esemény volt március 9-én, körülbelül 40 km-nyire a március 11-i főrengés helyétől. Még ugyanazon a napon három MW> 6,0 erősségű előrengést észleltek. A főrengést követően egy 7,0 MW-s utórengést észleltek helyi idő (JST) szerint 15:06 perckor, majd egy 7,4 MW-s lökést 15:15 perckor és egy 7,2 MW-s lökést 15:26 perckor. A rengés időpontjától mostanáig több mint 800 MW > 4,5 magnitúdójú utórengés következett be. Az utórengések Omori törvénye szerint még évekig folytatódhatnak egyre csökkenő intenzitással. A Japán Földrengés Előrejelző Rendszer, amely az ország különböző pontjain elhelyezett több mint 1000 szeizmométer integrált hálózata, a rengés tokiói észlelése előtt 1 perccel küldött ki figyelmeztetést a várható eseményről. Ez kudarcnak látszik, ám a rendszert üzemeltető Japán Meteorológiai Szolgálat (Japan Meteorological Agency, JMA) szerint még ez a csekély időelőny is sok emberéletet mentett meg. Az USGS által kezdetben 7,9 MW-jűnek becsült rengést gyorsan felértékelték a Richter-skálán 8,8, majd 8,9, végül 9,0 erősségűnek. A japán előrejelzés is a valósnál kisebb erősségűnek prognosztizálta a rengést, megegyezően az USGS által adott első értékeléssel. Ennek okairól a későbbiekben még szólunk.

Geofizikai háttér

A földrengés ott keletkezett, ahol a Csendes-óceáni lemez a Honshu északi része alatt fekvő lemez alá csúszik be; hogy ez utóbbi melyik tektonikus lemez, arról még tudományos vita folyik. Az alábukó Csendes-óceáni lemezből, amely igen jelentős, 8–9 cm/év sebességgel mozog, a Honshut tartó lemez alján történő csúszás közben nagy mennyiségű mozgási energiából átalakult rugalmas energia szabadul fel. A korábbiakban leírt mechanizmusnak megfelelően az alsó lemez süllyedő mozgása magával húzza lefelé, és eközben rugalmasan meghajlítja a felső lemezt egészen addig a pontig, amikor már elég feszültség gyűlik fel a szeizmikus esemény kipattanásához, azaz a felső lemez „kirugózódásához”, vagy „felpattanásához”. Az esemény a tengerfenék több méteres felemelkedését eredményezi. A kérdéses nagyerősségű földrengéshez általában legalább 500 km hosszúságú törésvonal és hosszú, viszonylag egyenes csúszási felület szükséges. Ez esetben azonban a lemezhatár és a szubdukciós zóna nem volt túlságosan egyenes, számos szakembert meglepett, hogy a rengés energiája mégis meghaladta a 8,5 nagyságrendet (ez volt az oka a kezdeti alábecsléseknek is). A rengés hipocentruma Japán Iwate Tartományának part menti vizeitől az Ibaraki Tartománnyal szomszédos parti vizekig terjedt. A JMA értékelése szerint az esemény éppen mintegy 500 km hosszúságban és 200 km szélességben tépte fel a földkérget. A kérdéses értékelés szerint a tektonikus mozgás három részletben zajlott le. A tektonikus mozgás a szárazföldön is nagy talajmozgást váltott ki. Ennek maximuma a Miyagi tartományban fekvő Kurihara városában a JMA által használt lokális szeizmikus skálán maximális, azaz 7-es erősségű volt. Három szomszédos tartományban (Fukushima, Ibaraki és Tocsigi) 6-os erősségű, míg Tokióban 5-ös erősségű rengést észleltek (6.22. ábra).

A térképeken a földrengés intenzitása látható a globális (Mw) és a Japánban használt helyi skálán, valamint az érintett kéregdarab.

6.22. ábra. A földrengés intenzitása a globális (Mw) és a Japánban használt helyi skálán, valamint az érintett kéregdarab (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Map_of_Sendai_Earthquake_2011.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5a/Shindomap_2011-03-11_Tohoku_earthquake.png; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/SeismicAreas_JapanTrenchEarthquakes.png)

A felszabadult energia

A földrengés által a felszínen felszabadított energia Me=1,9±0,5×1017 J volt, ami megoszlott a talajmozgás és a cunami energiája között. Ez az energiamennyiség majdnem kétszerese volt a korábban elemzett, 9,1-es magnitúdójú Indiai-óceáni Földrengés és Cunami energiájának. A teljes felszabadult energia (M0), amelyet szeizmikus momentumnak is neveznek, több mint 200 000-szer nagyobb volt ennél és elérhette a 3,9×1022 J értéket. Ez az érték viszont valamivel kisebb, mint a 2004-es esemény energiája. Az energiakoncentráció azonban ez esetben – az aktív törésvonalak hosszának összehasonlításából – mintegy háromszorosa volt az előző eseményének. TNT egyenértékben kifejezve ez 9320 gigatonnának felel meg, ami megközelítőleg 600 millió hirosimai atombomba energiájával egyenlő.

Geofizikai és geológiai következmények

A rengés Japán északkeleti részének egyes kéreg-darabjait 2,4 méterrel közelebb tolta Észak-Amerikához. Ezáltal ezeken a helyeken Japán szárazföldi területe Ny-K irányban kiszélesedett. Az epicentrumhoz legközelebb fekvő kéregrészek mozdultak el a legnagyobb mértékben. Ugyanitt a partvonal mintegy 400 km hosszúságú szakasza több mint 60 cm-rel megsüllyedt; szomorú következményként a kialakult szökőár (cunami) nagyobb mélységben és nagyobb energiával hatolt be a szárazföld belsejébe. Egyes becslések szerint a Csendes-óceáni lemez 20 m-rel mozdult el nyugati irányban, de nem kizárt, hogy az elmozdulás a 40 m-t is meghaladta. Április 6-án a Japán Parti Őrség bejelentette, hogy a rengés az epicentrum közelében 24 m-rel tolta arrébb a tengerfeneket, ugyanakkor mintegy 3 m-rel megemelve azt.

A kiemelkedően nagy rengésekhez hasonlóan ez a rengés is zavart keltett a Föld orbitális paramétereiben; a Föld tengelye a különböző becslések szerint mintegy 10–25 cm-rel tolódott el. A Föld forgási sebessége a kapott impulzus hatására mintegy 1,8 m/s-mal megnőtt. A Föld tengelyének dőlésszöge a felszíni tömegátrendeződés miatt változott meg, a szögsebesség-momentum megmaradási törvényének megfelelően.

Ennél a rengésnél is bekövetkezett a nagy földrengések egyik legveszedelmesebb geológiai következménye: a talaj elfolyósodása (ennek során főként az öntéstalajok folyadékként viselkednek, lásd 6.23. ábra). Ez a jelenség elsősorban a Tokiót környező területeken, és magában a városban volt megfigyelhető. Következményképpen mintegy 30 ház teljesen megsemmisült, további 1064 épület pedig kisebb-nagyobb mértékben megrongálódott.

A képen a talaj elfolyósodása látható Tokióban a nyílt utcán. Az út szélén néhány autó áll.

6.23. ábra. A talaj elfolyósodása Tokióban a földrengés következtében (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8f/Soil-liquefaction_at_Shinkiba_after_2011_Tohoku_Pacific_Ocean_offshore_earthquake.jpg)

A földrengés egyik legsúlyosabb geológiai következménye a sok helyen bekövetkezett felszínsüllyedés volt, ami kapcsolatban állt a talaj-cseppfolyósodással. A Japán Űrgeoinformatikai Szolgálat a következő felszínsüllyedési értékeket közölte az ország alap-háromszögelési hálózatának érintett sarokpontjaiban, a 2011. április 14-én végzett GPS mérések adatai alapján:

  • Miyako, Iwate – 0,50 m (1,64 ft)

  • Yamada, Iwate – 0,53 m (1,73 ft)

  • Ōtsuchi, Iwate – 0,35 m (1,14 ft)

  • Kamaishi, Iwate – 0,66 m (2,16 ft)

  • Ōfunato, Iwate – 0,73 m (2,39 ft)

  • Rikuzentakata, Iwate – 0,84 m (2,75 ft)

  • Kesennuma, Miyagi – 0,74 m (2,42 ft)

  • Minamisanriku, Miyagi – 0,69 m (2,26 ft)

  • Oshika félsziget, Miyagi – 1,2 m (3,93 ft)

  • Ishinomaki, Miyagi – 0,78 m (2,55 ft)

  • Higashimatsushima, Miyagi – 0,43 m (1,41 ft)

  • Iwanuma, Miyagi – 0,47 m (1,54 ft)

  • Sōma, Fukushima – 0,29 m (0,95 ft)

  • Oshika Peninsula Miyagi – 1,2 m (3,93 ft)

A szakértők véleménye szerint ezek a felszínsüllyedések véglegesnek tekinthetők. Ennek eredményeképpen az érintett, a tengerszintnél csak alig magasabban fekvő területek a jövőben sebezhetőbbek lesznek az áradásokkal és a tengerszint változásaival szemben.

Megjegyezzük, hogy a felszíni eltolódások és az orbitális változások gyors regisztrálását a GPS rendszer tette lehetővé, melynek a rengés időpontjában sok műholdja volt a közelben, egy éppen az epicentrum felett. Ezeket a változásokat közvetlenül – természetesen – nem érzékelhetjük.

Utórengések

Japánban mintegy 900 utórengést észleltek a főrengést követő időszakban, melyek közül 60 Mw ≥ 6,0 erősségű volt. A maximális erősségű utórengések március 11-én jelentkeztek Mw = 7,7 és Mw = 7,9 erősséggel, ezenkívül április 11-én is volt egy nagy erejű utórengés, melynek erőssége nem ismert pontosan. Ez utóbbi rengés epicentruma a tenger alatt volt Sendai Tartomány partjaitól 66 km-re. A JMA a rengés erejét Mw = 7,4 magnitúdóra becsülte. Ez a rengés további 4 ember halálát okozta, és jelentős területeken okozott áramkiesést, ami nukleáris létesítmények működését is veszélyeztette.

A szökőár (globális megacunami)

A földrengés, amely a tengerfenék egy, Tōhoku Tartomány partjaitól mintegy 60 km-re fekvő, 180 km hosszúságú szakaszának 5–8 m közötti felfelé történő elmozdulásával volt kapcsolatban – nyilvánvalóan – nagy erejű cunamit is okozott. A földrengés és a cunami közül az utóbbi volt az, amely a több ezer emberélet elvesztését és a rendkívüli mértékű anyagi kárt okozta. A cunami Japán egész északnyugati partvidékén rendkívüli erejű volt (6.24. és 6.25. ábra), és egész településeket tett a földdel egyenlővé. Megérkezése az epicentrum és a szárazföld közötti mindössze 60 km-es távolság miatt a rengést követően szinte azonnali volt. Nyugat felé továbbhaladva érintette a teljes csendes-óceáni-medencét (6.26. ábra). A távolabbi pontokon azonban már időben történt riasztások és kitelepítések fogadták. A Csendes-óceánon átkelve Észak- és Dél-Amerika teljes nyugati partvidékén észlelhető volt, Alaszkától a Horn-fokig. Ilyen távolságban hatásai azonban már nem voltak jelentősek. A maximális hullámmagasság, mintegy 37,9 m valószínűleg az Iwate Provinciában fekvő Taró városában jelentkezett. Ez a valaha észlelt és feljegyzett tektonikus cunamik között első helyen áll. Érdekes, hogy a globális távhatások közül az epicentrumtól legtávolabb, mintegy 17 000 km-re fekvő Chile nyugati partvidékén észlelt hullámok voltak a legmagasabbak, mintegy 2 méteres magassággal. Ez jól látható a 6.24. ábrán abból, hogy a szökőár globális potenciális energiája az érintett partvidékek közül itt volt a legmagasabb (természetesen Japánt kivéve).

A szökőárhoz kapcsolódó globális potenciális energia térkép.

6.24. ábra. A szökőár globális potenciális energia térképe (NOAA) (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6a/2011Sendai-NOAA-Energylhvpd9-05.jpg)

A Tōhoku földrengés által kiváltott cunami hullámok magassága Japán egyes részein

6.25. ábra. A Tōhoku földrengés által kiváltott cunami hullámok magassága Japán egyes részein (NOAA) (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8d/2011_Tohoku_earthquake_observed_tsunami_heights_en.png)

A NOAA által készített animáció a szökőárhullám terjedéséről

6.26. ábra. A NOAA által készített animáció a szökőárhullám terjedéséről (Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:20110311Houshu.ogg)

Hatásai Japánban

Mint említettük, a JMA a legmagasabb fokozatú riasztást adta ki a cunami előtt, amely azonban csupán mintegy 3 m-es hullámmagasságot jelentett. Ezzel szemben Miyagi provinciában átlagosan 10 m hullámmagasság volt észlelhető. A szökőár mintegy 470 négyzetkilométer területet öntött el. Említettük már, hogy a cunami japán helyi idő szerint (JST) 14:46-kor pattant ki, és epicentruma mintegy 67 km-re volt Japán partjaitól. Ennek megfelelően 10–30 percet vett igénybe, amíg a szökőár elérte a szárazföldet, majd É és D felé terjedt tovább a partvonal mentén, érintve Miyagi és Iwate prefektúrákat. Mindkét helyen nagy pusztítást okozott, többek között 101 cunami kiürítési körzet is víz alá került. Akárcsak a 2004-es Indiai-óceáni földrengés és cunami esetében, a szökőár hatásai kisebb területet érintettek ugyan, de sokkal halálosabbak és pusztítóbbak voltak, mint magáé a földrengésé. Teljes városok váltak rommá. Ezek között talán első helyet foglal el Minamisanriku városa, ahol 9500 személy tűnt el, melyek közül mindössze 1000 ember holttestét sikerült később megtalálni. A szökőár extrém magassága (ami az epicentrum közelségéből fakadt) szintén sok ember halálát idézte elő, mert sem ők, sem a hatóságok nem számítottak 10–20 m magasságú óriáshullámokra (tk. vízfalakra).

2011. március 13-án a Japán Meteorológiai Szolgálat (JMA) a következő adatokat közölte a szökőár magasságáról, az operatívan működő mérő- és riasztó állomások adatai alapján (az alábbiakban csak a korábbi hivatalos lehetséges maximumot, 3 métert meghaladó hullámmagasságokat és bekövetkezésük időpontját közöljük):

  • 15:12 JST – Iwate Kamaishi-oki – 6,8 m (22 ft)

  • 15:15 JST – Ōfunato – 3,2 m (10 ft) vagy magasabb

  • 15:20 JST – Ishinomaki-shi Ayukawa – 3,3 m (11 ft) vagy magasabb

  • 15:21 JST – Miyako – 4,0 m (13,1 ft) vagy magasabb

  • 15:21 JST – Kamaishi – 4,1 m (13 ft) vagy magasabb

  • 15:44 JST – Erimo-cho Shoya – 3,5 m (11 ft)

  • 15:50 JST – Sōma – 7,3 m (24 ft) vagy magasabb

  • 16:52 JST – Ōarai – 4,2 m (14 ft)

A fenti adatok kapcsán felhívjuk a figyelmet a több helyen feltüntetett „vagy magasabb” jelzőre, ami arra utal, hogy a hullámmagasság meghaladta a mérőműszerek felső mérési határát. Ezenkívül az adatokat tartalmazó jelentésből idézzük az alábbi mondatot (angol fordításban): „At some parts of the coasts, tsunamis may be higher than those observed at the observation sites.”

10 nappal később, 2011. március 23-án a Japán Kikötői és Repülőtéri Hatóság a kikötők szemléje és a tengeren mért telemetrikus mérési adatok alapján a következő hullámmagasság listát tette közzé:

  • Hachinohe kikötő – 5–6 m (16–19 ft)

  • Hachinohe kikötő területe – 8–9 m (26–29 ft)

  • Kuji kikötő – 8–9 m (26–29 ft)

  • Lehorgonyzott GPS hullámmagasság-mérő Iwate prefektúra középső része (Miyako) partjai közelében – 6 m (20 ft)

  • Kamaishi kikötő – 7–9 m (23–30 ft)

  • Lehorgonyzott GPS hullámmagasság-mérő Iwate prefektúra déli része (Kamaishi) partjai közelében – 6,5 m (22 ft)

  • Ōfunato kikötő – 9,5 m (31 ft)

  • Felfutási magasság, Ōfunato terület kikötője – 24 m (79 ft)

  • Lehorgonyzott GPS hullámmagasság-mérő Miyagi prefektúra északi részének partjai közelében – 5,6 m (18 ft)

  • Onagawa halászkikötő – 15 m (50 ft)

  • Ishinomaki kikötő – 5 m (16 ft)

  • Lehorgonyzott GPS hullámmagasság-mérő Miyagi prefektúra középső részének partjai közelében – nem tudott mérni

  • Shiogama-Sendai kikötő Shiogama szakasza – 4 m (13 ft)

  • Shiogama-Sendai kikötő Sendai szakasza – 8 m (26 ft)

  • Sendai repülőtér területe– 12 m (39 ft)

A Yokohamai Nemzeti Egyetem és a Tokiói Egyetem által kiküldött kutatócsoport jelentése szerint az Ofunató településhez tartozó Ryori-öbölben a cunami hullámmagassága elérte a 30 m-t, mivel elsodort halászfelszerelést találtak az egyik ilyen magas szikla tetején. Az Iwate tartományban fekvő Taró településen 37,9 m hullámmagasságot állapított meg egy szakember egy olyan hullámnál, amely 200 m-re hatolt be a szárazföldre egy meredek hegylejtőn. Ugyanígy, az Iwate tartományban fekvő Miyakohoz tartozó Omoe félszigeten egy, az Aneyoshi halászkikötőtől 400 m-re fekvő közeli hegy oldalában 38,9 m hullám felfutási magasságot regisztráltak a tokiói Tudományos és Műszaki Főiskola szakértői. Ez az – eddig még hivatalosan el nem ismert – adat megdönti a Japánban eddig valaha is észlelt legnagyobb cunami magasságot, amely 1896-ban következett be az ún. Meiji-Sanriku földrengés idején.

Hatásai a Csendes-óceán medencéjében

A földrengés bekövetkezése után nem sokkal, egészen pontosan 07:30 UTC-kor a Hawaiiban található Csendes-óceáni Szökőár Riasztó Központ (Pacific Tsunami Warning Center, PTWC) széleskörű riasztást rendelt el a Csendes-óceán teljes medencéjére. Oroszország 11 000 embert telepített ki a Kuril-szigetekről. Az Egyesült Államok Alaszkai és Nyugati-parti Cunami Riasztó rendszere lényegében a teljes észak-amerikai nyugati partvidéket riadóztatta, Mexikótól északra. A riasztás nem volt hiábavaló, mert 2,4 m-es magasságig terjedő szökőárhullámok érték el Kalifornia és Oregon partjainak egy részét, megrongálva a kikötőket és a dokkokat, melynek során mintegy 10 millió dollár kár keletkezett. Kanadában elsősorban a Vancouver-szigeten volt érezhető a cunami hatása 1 m-es hullámok formájában. Itt anyagi károk nem keletkeztek, de több helyen voltak pánikszerű megnyilvánulások a lakosság körében. A dél-amerikai csendes-óceáni partvidéken – érdekes módon – a valamiképpen hullám-fókuszpontba került chilei partvidék szenvedte a legnagyobb károkat. A hullámmagasság itt elérte a 3 m-t, 200 ház rongálódott meg. Hasonló történt a Galápagos-szigeteken, ahol azonos hullámmagasság mellett 260 család szorult segítségre, annak ellenére, hogy a nagy távolság miatt a szökőár ide csak 20 óra késéssel érkezett meg. Ekkorra már a cunami-riasztást lefújták.

Emberáldozatok, humán következmények

A Japán Nemzeti Rendőrség által közzétett hivatalos adatok szerint 14 981 halálos áldozata és 5279 sebesültje volt a földrengésnek és – elsősorban – a cunaminak, ugyanakkor 9880 személyt eltűntnek nyilvánítottak. Korábbi híradások még ennél is nagyobb veszteségekről számoltak be, mint pl. 9500 halottról és eltűntről a korábban már említett Minamisanriku városában (a lakosság 50%-a), vagy 10 000 halottról csupán Iwate Prefektúrában.

2011. április 11-re 13 155 áldozat holttestét találták meg és ezek közül 12 143 fulladásos halált halt, tehát a szökőár áldozata lett. Elsősorban az idős emberek estek áldozatul: a halottak 65,2%-a 60 év feletti, 24%-a pedig 70 év feletti személy volt. A katasztrófa 378 iskoláskorú gyermek életét követelte, 158-an eltűntek. 19 külföldi személy esett áldozatul. A hatóságok és a tartományi kormányzatok sok esetben kénytelenek voltak a nagyszámú áldozatot tömegsírokba temetni a járványveszély elkerülése végett, a hagyományos japán hamvasztásos temetkezés helyett.

A katasztrófa további emberáldozatokat is követelt Óceánia szigetein és Amerika nyugati partvidékén, de ezek száma elenyésző volt a japán áldozatokéhoz képest.

Anyagi károk és maradandó következmények
a) Épületkárok

A földrengés és a cunami által okozott kár mértéke és a károsodott terület nagysága egyaránt rendkívüli volt. A károk döntő részét a szökőár okozta. A leginkább érintett városokról készült videofelvételeken szinte az atomrobbanás hatásához hasonló teljes pusztulás látható: egyetlen épület vagy egyéb szerkezet sem maradt épen, sőt minden a felismerhetetlenségig összeroncsolódott (6.27. ábra). (Ez a fizika szemszögéből egyáltalán nem meglepő, hiszen mindkét esetben nagysebességű lökéshullám pusztít.) Az anyagi kár mértékét pénzben kifejezve több tízmilliárd dollárra teszik. A részben vagy egészben elpusztult térség nagyságát műholdas fényképfelvételekről becsülték meg, és ez is több 10 000 négyzetkilométernek adódott. A cunami pusztítása annak ellenére következett be, hogy Japán előzőleg több milliárd dollárt áldozott arra, hogy 34 751 km hosszúságú partvonalának legalább 40%-án szökőár-elhárító parti gátakat építsen. A parti védőművek (6.28. ábra) átlagosan 12 m magasak voltak, ennek ellenére a vízáradat átsöpört rajtuk és hatalmas mozgási energiájával egy részüket romba is döntötte.

A Hirota-félsziget látképe az elsöpört Rikuzentakata településsel, háttérben a dombokkal

6.27. ábra. A Hirota-félsziget látképe az elsöpört Rikuzentakata településsel (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e4/Distant_view_of_Rikuzentakata.jpg)

Egy parti védőmű látképe háttérben a várossal

6.28. ábra. Egy parti védőmű Japánban Tsu város közelében (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Tsunami_wall.jpg)

A Japán Nemzeti Rendőrség 2011. április 3-i jelentése szerint mintegy 190 000 épület rongálódott meg a rengés és a szökőár során, ezek közül 45 700 teljesen megsemmisült (6.29., 6.30. ábra). A legsúlyosabb épületkárok Miyagi Prefektúrában (29 500 épület), Iwate Prefektúrában (12 500 épület) és Fukushima Prefektúrában (2400 épület) keletkeztek. Az eltakarítandó romok és törmelék mennyisége elérte a 25 millió tonnát.

Becslések szerint mintegy 230 000 személy- és tehergépkocsi pusztult el, illetve rongálódott meg a katasztrófa során. 2011. május végén a leginkább érintett Iwate, Miyagi és Fukushima prefektúrák lakosai közül 15 000-en kérték autójuk forgalomból való hivatalos kivonását azzal a hivatkozással, hogy a járművek nem fellelhetők, vagy teljesen tönkrementek.

A képen a földrengés és az azt követő szökőár által elpusztított Minato település légi fényképe látható

6.29. ábra. A földrengés és az azt követő szökőár által elpusztított Minato település légi fényképe (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/MinatoAfterTohokuEarthquake.jpg)

A képen Tokió látképe, ahol a földrengést követően fellángolt a tűz, melyből fekete füst gomolyog

6.30. ábra. A földrengést követően Tokióban fellángolt tűz (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Effect_of_2011_Sendai_earthquake_in_Tokyo_%28cropped%29.jpg)

b) Atomerőművek károsodása

A Fukushima I és Fukushima II (6.31. ábra), valamint az Onagawa Atomerőmű összesen 11 reaktora automatikusan lekapcsolt a földrengést követően. A lekapcsolás után a reaktorokban felhalmozódó „hulladékhő”, valamint a kiégett fűtőelemek tározóinak hője csak folyamatos hűtéssel szabályozható, amely mindkét esetben tartalék dízel-generátorok segítségével történik. Mint az jól ismert, a Fukushima I és a Fukushima II Atomerőműveknél a cunami elpusztította ezeket a tartalék dízel-generátorokat, amely mindkét erőműben a reaktorok túlmelegedéséhez vezetett. A Fukushima I erőmű három reaktorában hidrogén-robbanások következtek be, és megkezdődött a reaktormag ún. leolvadási folyamata (meltdown). A sugárzó fűtőanyag a konténmentek és az épületek robbanások okozta jelentős sérülései (6.32. ábra) miatt kapcsolatba került a környezeti levegővel és vízzel, emiatt nagy területre kiterjedő jelentős intenzitású radioaktív sugárzás alakult ki az erőművek környezetében. A reaktorbalesetet a Nemzetközi Nukleáris Baleseti Skálán (International Nuclear Emergency Scale, INES) először csak 5-ös fokozatúnak minősítették, ezt azonban 1 hónap múlva 7-es fokozatúvá minősítették át, ami megegyezik a Csernobili Atomerőmű balesetének minősítésével és egyben a skála legmagasabb fokozata. A Fukushima II erőmű reaktoraiban valamivel később alakult ki vészhelyzet, ezáltal a problémával küzdő reaktorok száma hatra emelkedett.

Japánban szükségállapotot hirdettek ki a fukushimai balesetek után és előbb az erőművek körüli 10 km sugarú körből, majd pedig ezt megnövelve, 20 km sugarú körből kitelepítették a lakosságot. Több mint 300 000 ember kitelepítésére került sor, akik közül sokan mind a mai napig nem térhettek vissza lakóhelyükre. A Japán Ipari és Nukleáris Biztonsági Szolgálat szakértői szerint az erőmű területén a normálisnál mintegy 1000-szer magasabb radioaktív sugárzási szintek alakultak ki, míg az erőművön kívül a normálisnál mintegy 8-szor magasabb szintet mértek (ez utóbbit sokan erősen alulbecsültnek tartják).

Radioaktív jódot (131 I) mutattak ki Fukushima prefektúra több városának ivóvizében, de még olyan nagyvárosok ivóvizében is, mint Tokió, vagy Niigata. Néhány város ivóvizét a sokkal hosszabb – mintegy 30 éves – felezési idejű és ezért sokkal veszélyesebb radioaktív cézium (137 Cs) is megfertőzte (6.33. ábra). Fukushimában a talajon radioaktív jódot, céziumot és stronciumot (90 Sr) is kimutattak. Japán számos részén az élelmiszerek is sugárfertőzötté váltak. Egyes halfajták, mint pl. a szardínia halászatát is megtiltották.

A Fukushima I és II erőművek látképe még ép állapotukban

6.31. ábra. A Fukushima I és II erőművek látképe a katasztrófa előtt (Forrás http://ens-newswire.com/wp-content/uploads/2011/03/20110312_daiichiaerial.jpg)

A Fukushima I Atomerőműről készült légifelvétel a katasztrófa után

6.32. ábra. A Fukushima I Atomerőműről készült légifelvétel a katasztrófa után (Forrás: http://1.bp.blogspot.com/-OwrUXmSwsnw/TYY3kuCCjzI/AAAAAAAADMo/J2OH7WqLZA8/s400/Japan%2BFukushima%2Breactor%2Baerial%2Bphoto.jpg)

A térképekről a fukushimai reaktorbalesetből származó radioaktív cézium leülepedett mennyisége és időben integrált koncentrációja olvasható le

6.33. ábra. A fukushimai reaktorbalesetből származó radioaktív cézium leülepedett mennyisége és időben integrált koncentrációja a 2011. március 17–27. közötti időszakban (Forrás: http://2.bp.blogspot.com/-9Vpe7xoen_Q/TZF-wodgbFI/AAAAAAAABCE/t1PKI7S3IQ8/s1600/Picture%2B2.png)

c) Egyéb (energia)ipari üzemekben keletkezett károk

A Cosmo Oil Company egyik, napi 220 000 hordó (35 000 m3) kapacitású olajfinomítójában (Ichiharában, Tokiótól keletre) kiterjedt tűz alakult ki, amelyet csak 10 nap múlva tudtak eloltani (6.34. ábra). A tárolt olaj és a tározók teljesen megsemmisültek. A tűznek 6 halálos áldozata volt. Japán legnagyobb kőolaj-feldolgozó vállalata, a JX Nippon Oil and Energy a kialakult tűz miatt szintén elvesztett egy napi 145 000 hordó (23 000 m3) kapacitású finomítót, de itt a munkásokat időben kimentették és az oltás is csak 2 napot vett igénybe. Becslések szerint Japán napi olajfogyasztása a következő 1–2 éves időszakban mintegy 300 000 hordóval (48 000 m3) fog emelkedni elsősorban a hagyományos olajtüzelésű hőerőművek teljesítményének növelésére, hogy a kiesett mintegy 11 GW atomerőművi kapacitást pótolják. Sendaiban az importált cseppfolyós földgázt fogadó telep szenvedett súlyos károkat, mintegy 1 hónapig nem tudta fogadni a gázszállítmányokat.

Az ichiharai olajfinomítóban keletkezett tűz lángja és füstje, mely elborítja az eget

6.34. ábra. Az ichiharai olajfinomítóban keletkezett tűz látképe (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a1/Cosmo_Oil_explosion_2_20110311CROP.jpg)

d) Hajózás, szárazföldi közlekedés, repülőterek kárai

Japán összes kikötőjét bezárták a földrengést követően, ám ezek legtöbbjét hamarosan (1–2 napon belül) megnyitották. A földrengés övezetében fekvő 15 kikötő közül 4 (Hachinohe, Sendai, Ishinomaki és Onahama) teljesen elpusztult, míg a chibai kikötő, amely a kőolaj- és földgáz fogadására szakosodott, a kashimai nagy konténer-kikötővel együtt súlyosan károsodott. A többi kikötő csak kisebb károkat szenvedett. 2011. március 29-re nagy volumenű helyreállítási munkák után mind a 15 kikötőt részlegesen sikerült megnyitni a hajóforgalom előtt. Japán legfontosabb kikötője, a tokiói kikötő csak kisebb károkat szenvedett (bár itt tört ki a fenti képen látható tűz az egyik raktárépületben). A kikötő egy része víz alá került és a talaj elfolyósodása is okozott károkat.

A hajózáshoz képest a szárazföldi közlekedést és a légiközlekedést kiszolgáló létesítményekben jelentősebb károk keletkeztek. A Tōhoku Gyorsforgalmi Út (Autópálya) több helyen jelentősen megrongálódott. A földrengés napján szinte az egész szigeten leállt a vasúti közlekedés (óvatosságból leállították), emiatt a nagyobb városokban, elsősorban Tokióban több 10 000 ember rekedt az állomásokon, illetve az éjszakát alkalmi szálláshelyeken volt kénytelen tölteni. A földrengés másnapján, március 12-én a legtöbb, nem, vagy csak csekély mértékben megrongálódott vasútvonalon helyreállt a közlekedés.

A Shinchi vasútállomás romjai. Az állomásból egy fél felüljáró maradt, a többi része teljesen megsemmisült.

6.35. ábra. A földrengés középpontjához legközelebb fekvő Shinchi vasútállomás romjai (az állomás csaknem teljesen megsemmisült) (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/17/Shinchi_Sta_20110404.jpg)

A képen a szökőár által Onagawa állomásról „elmosott” vasúti szerelvény roncsai láthatók. Két megrongálódott vasúti kocsi messze a sínektől a törmelékhalmazok tetején.

6.36. ábra. A szökőár által Onagawa állomásról „elmosott” vasúti szerelvény roncsai (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Carried_train_in_Ishinomaki_Line_.JPG)

Ami a mozgásban levő vonatokat illeti, egy szerelvény kisiklott, ennek utasait csak másnap reggel tudták kimenteni. A körzetben a távolsági vasúti forgalmat bonyolító JR East vasúttársaság 70 vasútvonala közül 62 szenvedett kisebb-nagyobb károkat, az epicentrumhoz közeli parti területeken 7 vasútvonal 23 állomását teljesen elmosta a szökőár (6.35., 6.36. ábra). A vasúti pálya 680 helyen rongálódott meg. A felrobbant fukushimai atomerőmű 30 km-es körzetében a vasúti közlekedést is felfüggesztették, ami magában is nagy kiesést okozott a vasúti forgalomban.

A Japán egyik jelképéül szolgáló Shinkanzen, a szupergyors 400–500 km/óra sebességű gyorsvasút-hálózat vonalai közül egyedül a tohokui shinkanzen vonal szenvedett károkat, ám ezek jelentősek voltak. A vonalon mintegy 1100 síntörés és egyéb kár következett be, beleértve a magasított vonalrészeket tartó acél és vasbeton szerkezetek törését és az állomásépületek tetőinek beszakadását. A forgalom csak 10 nappal a katasztrófát követően állt helyre véglegesen, a javítási munkálatok természetesen tovább folytatódtak.

A gyakori áramszünetek miatt a tokiói közlekedés rendkívüli mértékben lelassult, a városi járművek, villamosok és autóbuszok 10–20 percenként közlekedtek, a megállókban csúcsidőben nem ritkán több ezer fős tömegek várakoztak. A városon belüli szupergyors vasutakat az utórengések veszélye miatt több napra leállították, ami a közlekedési nehézségeket tovább növelte.

A térségben fekvő repülőterek közül a Sendai Repülőteret teljesen elmosta egy rendkívüli magasságú (12 m-es) szökőár hullám (6.37. ábra) 15.55-kor, azaz a rengés után csaknem egy órával. Tokió nagy nemzetközi repülőterei a Narita és a Haneda repülőterek azonban csak kisebb károkat szenvedtek és csak 24 óra hosszat voltak zárva.

A képen a szökőár által elöntött Sendai repülőtér látható felülnézetből

6.37. ábra. A szökőár által elöntött Sendai repülőtér (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/54/SendaiAirportMarch16.jpg)

e) Közművek (víz-, gáz-, áramszolgáltatás) károsodása

A katasztrófát követően mintegy 1,5 millió háztartás maradt víz nélkül. Március 21-én ez a szám még mindig 1 millió felett volt.

Az áramszolgáltatásban kulcsszerepet játszó nagyfeszültségű hálózatban keletkezett károk szintén tetemesek voltak. A helyzetet nehezítette az a körülmény, hogy Japán magánkézben levő áramtermelő létesítményei nem egységesek: a hálózat egy része 60 hertzes, míg a másik része a világszerte elterjedt 50 hertzes váltóáramot szállítja (6.38. ábra).

Japán nagyfeszültségű távvezeték hálózatának elhelyezkedése

6.38. ábra. Japán nagyfeszültségű távvezeték hálózata a használt frekvenciák feltüntetésével (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f8/Power_Grid_of_Japan_as_of_2008.png)

A Tōhoku Electric Power (TEP) jelentése szerint mintegy 4,4 millió háztartás maradt elektromos áram nélkül Japán északkeleti részén közvetlenül a földrengés után. Számos konvencionális és atomerőmű automatikusan lekapcsolt a hálózatról a túlterhelés miatt, ezáltal a szolgáltatott elektromos teljesítmény 21 GW-tal csökkent. A fukushimai atomerőműveket is üzemeltető Tokyo Electric Power Company (TEPCO) közölte, hogy hosszabb időre az eddig szolgáltatott 40 GW teljesítmény helyett csak mintegy 30 GW-ot lesz képes szolgáltatni. Az áramhiányt ún. „gördülő kikapcsolásokkal” próbálják áthidalni, ami azt jelenti, hogy a különböző körzetekben egymást követő 3 órás időszakokra kapcsolják ki az áramot. Ezek az időszakos áramhiányok egészen 2011 végéig tartottak. A Tokiót is magában foglaló Kanto régió áramellátásában (amelyet a TEPCO biztosít) a környező társaságok nem tudtak segíteni, részben saját erőműveik károsodása miatt, részben pedig a frekvencia-különbség miatt. Néhány nagy vas- és acélgyár viszont felajánlotta mintegy 2–2,5 GW-ra becsülhető áramtermelő kapacitását a lakosság kisegítésére, és önkéntes áramhasználati kampányt is beindítottak.

f) Távközlés, véderő, űrközpont, védelmi létesítmények

Mind a vezetékes, mind pedig a mobiltelefon-hálózat jelentős károkat szenvedett a földrengésben és a szökőárban (6.39. ábra). Mindazonáltal a mobiltelefon- és internet szolgáltatások igen gyorsan, gyakorlatilag egy nap alatt helyreálltak a térségben. Számos külföldi szolgáltató díjtalan műholdas hívásokat és internethasználatot engedélyezett a térségben a rengést követő néhány napban.

A képen a kidőlő villanyoszlop látható, melyen a megrongálódott áram- és telefonvezetékek lógnak.

6.39. ábra. Megrongálódott áram- és telefonvezeték Ishinomakiban (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d0/Fallen_power_poles_in_Ishinomaki.jpg)

A Japán Véderő matsuhimai katonai repülőterén jelentős károkat okozott a szökőár, 18 Mitsubishi vadászrepülőgép rongálódott meg kisebb-nagyobb mértékben. A parti őrség két hajóját is összetörte a szökőár. A védelmi létesítményekben és járművekben mintegy 2 milliárd dollár kár keletkezett. A Japán Űrkutatási Hivatal (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) egy hétre kiürítette a Tsukubában található irányítóközpontját, ahonnan a Nemzetközi Űrállomást is irányítják. Szerencsére itt csak jelentéktelen károk keletkeztek.

g) Műemlékek, kulturális értékek károsodása
A képen egy összetört műemlék utcai lámpa darabjai hevernek a földön a Mitoban található Tokiwa Szentélyben

6.40. ábra. Egy összetört műemlék utcai lámpa a Mitoban található Tokiwa Szentélyben (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dd/Monuments_fell_down_by_2011_T%C5%8Dhoku_Earthquake_in_Tokiwa-shrine.JPG)

754 műemlék rongálódott meg a katasztrófa során 19 prefektúrában, köztük 3 Nemzeti Kegyhely, 160 Fontos Kulturális Érték, 144 Japán Nemzeti Emlékmű, 6 Műemléki Értékű Épületcsoport, és 4 Fontos Sérülékeny Népi Kulturális Érték (6.40. ábra). Az UNESCO által alapított Világörökség részét képező Nikkói Templomok és Szentélyek is kárt szenvedtek. Tokióban is számos műemlék rongálódott meg, mint a Koishikawa Korakuen (6.41. ábra), Rikugien (6.42. ábra), Hamarikyū Onshi Teien (6.43. ábra), és az Edo Palota (6.44. ábra) falai.

A képen a napfény áthatol egy tavon lévő sziget fáján. A part menti sétányon sétáló emberek.

6.41. ábra. Őszi színpompa a Koishikawa Korakuen Kertben (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/Koishikawakorakuen-koyo-panorama1.jpg)

A Rikugien Kertben elterülő tó és a hozzá kapcsolódó növényzet látványa

6.42. ábra. A Rikugien Kert látványa (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/Rikugien-10-2009-fujishirotoge02.jpg)

A Hamarikyu Onshi Teien Kertben elterülő tó és a hozzá kapcsolódó épület és növényzet fényképe

6.43. ábra. A Hamarikyu Onshi Teien Kert fényképe 1863-ból (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Bjh42_Yedo_TycoonGarden.jpg)

A Japán Császári Palota, az Edo Palota épületegyüttese

6.44. ábra. A Japán Császári Palota, az Edo Palota Tokió központjában (Forrás: http://www.globeimages.net/data/media/93/himeji_hyogo_japan_wallpaper.jpg)

h) Utóhatás, média szerepe, tudományos következtetések

A japán földrengés és cunami katasztrófa következményei még ma sem mérhetők fel teljességükben s valószínűleg sohasem lesznek felmérhetők. Mindenesetre rengeteg emberi szenvedést és óriási gazdasági kárt okozott, amelyek még igen sokáig éreztetik majd hatásukat. Különösen így van ez amiatt, hogy az emberiség történetében ez volt az első olyan természeti katasztrófa, amely atomlétesítményeket is érintett, évszázadokra kiható következményekkel. Emiatt, és a régióra jellemző nagy népsűrűség miatt igen nagyszámú, mintegy 340 000 embert kellett kitelepíteni, akinek egy része mind a mai napig nem térhetett vissza lakóhelyére. Valószínű, hogy a fukushimai atomerőmű körzete néhány évig, esetleg évtizedig a csernobilihez hasonló zárt övezet lesz a sugárzás magas szintje miatt. Reményt keltő, hogy a legmagasabb környezeti sugárzási szintek itt a csernobili szintnek csak 1/10 részét érték el, s azt is rövid ideig, mivel csak igen csekély mennyiségű hosszú élettartamú izotóp került kibocsátásra.

Kiemelendő ugyanakkor az a rendkívüli fegyelmezettség és egymáson való segítőkészség, amelyet az érintett lakosság és az egész japán nemzet tanúsított a katasztrófa napjaiban és azt követően. A kormány által mozgósított hadsereg (véderő), és az önkéntes mentőosztagok, amelyek között számos külföldi csapat is volt, igen hatékony munkát végeztek az emberéletek megmentésében. A Japán Vöröskereszt mintegy 1 milliárd dollár értékű adományt kapott. Mint már említettük, az anyagi jellegű károk között egyaránt voltak azonnal jelentkező és hosszú időre kiható tényezők. Összességében az anyagi károkat 10 billió yenre, azaz mintegy 122 milliárd dollárra becsülik. Ezzel a tohokui katasztrófa – az 1995-ös nagy kínai földrengéssel együtt a legnagyobb anyagi károkat okozó, azaz legköltségesebb természeti katasztrófáknak bizonyultak az emberiség történetében.

A katasztrófával kapcsolatos lakosság-figyelmeztetési és tömegtájékoztatási tevékenység az ország kiemelkedően magas informatikai színvonalának megfelelően széleskörű, részletes és általában magas színvonalú volt. Egyes kritikai megjegyzések a kormányzati szervek túlzottan óvatos tájékoztatási stílusát érték, mások viszont a helyenként egymásnak ellentmondó információk közlését rótták fel. Kevésbé egyértelműen helyeslő, sőt esetenként elítélő megjegyzések hangzottak el a fukushimai atomkatasztrófa eseménytörténetének a lakosság felé történő kommunikációjával kapcsolatban (6.45. ábra). Egyes lapok és a lakosság egy jelentős része úgy vélte, hogy a TEPCO tudatosan félreinformálja a nemzetet és benne az érintetteket, túl optimista képet festve a helyzetről, és a kormányzati szervek is tudomásul veszik és átveszik ezt a hamis tájékoztatást. Annak a véleményüknek is hangot adtak, hogy ez számos érintett, az erőmű környezetében lakó ember életét is veszélyezteti. A nukleáris baleset kezdeti INES 5-ös fokozatú (alul)minősítése, majd a késlekedve megtett INES 7-es fokozatra való emelés ennek tényleg alapot is adott.

Transzparensekkel felvonuló tüntető tömeg a fukushimai balesettel kapcsolatos félretájékoztatás miatt

6.45. ábra. Tüntetés Tokióban a fukushimai balesettel kapcsolatos félretájékoztatás miatt (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Anti_nuclear_rally_in_Tokyo_on_Sunday_27_March_2011.JPG)

Tudományos szempontból a szakemberek kiemelik a magas műszerezettségű területen bekövetkezett földrengés és szökőár során gyűjtött hatalmas mennyiségű mérési adat fontosságát, amelyek „lehetővé tették annak többé-kevésbé pontos regisztrálását és rekonstruálását, hogy mi is történt a földkéreg egyik lemezének ilyen nagyságrendű megrepedése során”. Mérnöki szempontból igen sok adat gyűlt össze, amelyek megmutatják, hogy az épületek és mechanikai szerkezetek mennyire ellenállók egy nagy erejű rengéssel és elsősorban egy kivételes nagyságú szökőárral szemben. Ezeket közvetlenül hasznosítani kívánják az újjáépítés során.

A szeizmológusok számára a katasztrófa előrejelzése inkább számított kudarcnak, mint sikernek. A szeizmológus tudományos közösség a soron következő „nagy rengést” ugyanott várta, ahol az 1923-as nagy tokiói földrengés bekövetkezett. A kormányzat egy ún. tokai földrengésre készült fel, melynek epicentruma Tokiótól délkeletre, Honshu déli partjainál lett volna. Itt ugyanis az elmúlt évszázadokban számos nagy rengés pattant ki, azaz az itt húzódó törésvonal igen aktív volt. A Tōhoku tenger-rengés helyszíne, a Japán árok így meglepetésként érte a földrengéskutatókat, mivel aktivitása csekély volt és 8-as erősségűnél nagyobb földrengést itt még nem észleltek (6.46. ábra).

A térképen a Tōhoku földrengés és cunami által érintett terület, valamint az általa kiváltott fukushimai nukleáris baleset során sugárszennyezetté vált terület elhelyezkedése látható

6.46. ábra. A Tōhoku földrengés és cunami által érintett terület, valamint az általa kiváltott fukushimai nukleáris baleset során sugárszennyezetté vált terület (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3d/JAPAN_EARTHQUAKE_20110311.svg)

A fukushimai nukleáris baleset óta eltelt időszakban a világ teljes nukleáris energia-politikája átalakult. 2012 májusára Japán leállította összes működő nukleáris reaktorát, és bejelentette, hogy az így keletkezett energiahiányt megújuló energiaforrásokkal kívánja pótolni. Számos ország törölte a nukleáris energiatermelés fejlesztésével kapcsolatos terveit, sok helyen erőmű bezárásokra is sor került. Nyugodtan állíthatjuk tehát, hogy a Tōhoku Földrengés és Szökőár megváltoztatta az egész emberiség nézeteit és terveit jövőnk egyik legfontosabb kérdésével, az energiatermeléssel kapcsolatban.

A 6.4. táblázatban a történelem során bekövetkezett ismert legnagyobb tektonikus földrengéseket foglaljuk össze. Ebből az összeállításból jól látható, hogy legnagyobb részük tengerek illetve óceánok közelségében illetve területén pattant ki és így egyben cunamit is keltett.

Esemény

Becsült Magnitúdó Skála (Mw)

Résztvevő tektonikai lemezek

További részletek/Megjegyzések

365 Kréta földrengés

8,0+

Afrikai lemez alábukik az Égei-tengeri lemez alá

  • A rengés egy nagy cunamit gerjesztett a Földközi-tenger keleti részében és Kréta szigetének jelentős vertikális áthelyeződését okozta.

1575 Valdivia földrengés

8,5

Nazca lemez alábukik a Dél-amerikai lemez alá

 

1700 Cascadia földrengés

8,7–9,2

Juan de Fuca lemez alábukik az Észak-amerikai lemez alá

  • Csúszás hossza: 1000 km (625 mérföld)

  • Elcsúszás mozgása: 20 m (60 láb)

1737 Kamcsatka földrengés

9,0–9,3

Csendes-óceáni lemez alábukik az Okhotsk lemez alá

  • Időtartama: 15 perc

  • Mélysége: 40 km

1755 Lisszabon földrengés

9,0

Feltételezhetően része egy fiatal szubdukciós zónának, de eredete még vitatott

 

1868 Arica földrengés

9,0

Nazca lemez alábukik a Dél-amerikai lemez alá

 

1877 Iquique földrengés

8,8

Nazca lemez alábukik a Dél-amerikai lemez alá

 

1946 Nankaidō földrengés

8,1

Fülöp-tengeri lemez alábukik az Eurázsiai lemez alá

 

1952 Kamcsatka földrengés

9,0

Csendes-óceáni lemez alábukik az Okhotsk lemez alá

  • Mélysége: 30 km

1957 Andreanof szigetek földrengés

8,6–9,1

Csendes-óceáni lemez alábukik az Észak-amerikai lemez alá

 

1960 Nagy Chilei Földrengés

9,5

Nazca lemez alábukik a Dél-amerikai lemez alá

  • Mélysége: 33 km

  • Elcsúszás hossza: 1000 km (625 mi)

  • Elcsúszás szélessége: 200 km (125 mi)

  • Elcsúszás mozgása: 20 m (60 láb)

1964 Alaszka földrengés („Good Friday” földrengés)

9,2

Csendes-óceáni lemez alábukik az Észak-amerikai lemez alá

  • Időtartama: 4–5 perc

  • Mélysége: 25 km

  • Elcsúszás hossza: 800 km (500 mérföld)

  • Elcsúszás mozgása: 23 m (69 láb)

2004 Szumátra-Andaman földrengés („Indai-óceán földrengés”)

9,1–9,3

Indiai lemez alábukik a Burmai lemez alá

  • A hanglokátor felmérése alapján a mért teljes vertikális áthelyeződés az epicentrum közelében hozzávetőlegesen 40 méter, és két külön mozgásból következett be, melyből két külön hatalmas, meredek, vertikális szikla képződött egymáson.

  • Időtartama: 8–10 perc

  • Mélysége: 30 km

  • Elcsúszás hossza: 1600 km (994 mérföld)

  • Elcsúszás mozgása: 33 m (108 láb)

2010 Maule földrengés („Chile földrengés”)

8,8

Nazca lemez alábukik a Dél-amerikai lemez alá

 

2011 Tōhoku földrengés és cunami

9.0

Csendes-óceáni lemez alábukik az Okhotsk lemez alá

  • Időtartama: 5 perc

  • Mélysége: 32 km

  • Elcsúszás hossza: 500 km (310 mi)

  • Elcsúszás szélessége: 200 km (125 mi)

  • Elcsúszás mozgása: 20 m (60 ft)

6.4. táblázat. Az ismert legnagyobb tektonikus földrengések és jellemzőik

A 2004-es cunami követelte eddig a legtöbb halálos áldozatot a cunamik közül az írott történelemben. Az előző legtöbb áldozatot követelő cunami 1782-ben pusztított a Csendes-óceánon, mintegy 40 000 ember halálát okozva a Dél-kínai tenger térségében. A Krakatau 1883-as kitörése által okozott cunami becslések szerint 36 000 ember pusztulását okozta. Az 1900–2004 közötti időszakban a legtöbb halálos áldozatot követelő földrengés és cunami az olaszországi Messinában következett be 1908-ban a Földközi-tengeren. Itt mintegy 70 000 áldozat volt. Végül az Atlanti-óceán térségében a leghalálosabb földrengés és cunami 1755-ben Lisszabonban pusztító katasztrófa volt, ahol a rengés, a szökőár és a tűzvész együttesen mintegy 100 000 embert ölt meg.

6.2.6. Vulkánkitörések által okozott cunamik

A vulkánkitörések a tektonikus földrengéseknél jóval ritkábban okoztak cunamikat, és ez nagy valószínűséggel így lesz a jövőben is. Nyilvánvaló az ok: a szárazföldi (kontinentális lemezeken kialakult) vulkánok közül csak kevés helyezkedik el a tengerparton, tehát többségük nem képes szökőár kiváltására. Az óceáni lemezek vulkanizmusa közismerten az óceánközépi hátságok térségében koncentrálódik kiterjedt hasadékvulkánok formájában, amelyek általában igen messze esnek a partoktól. Elsősorban azonban azért kevésbé veszélyesek mind a hasadékvulkánok, mind a „klasszikus” pontszerű vulkánok, mint a lemezek mozgása, mert a kitörések energiája döntő részben felfelé irányul, a láva és egyéb vulkáni termékek (hamu, vulkáni „bombák”, piroklaszt) kilövellésére a légkörbe, vagy a mélyóceánba. Vannak azonban kivételek, s ezek cunami-keltő potenciálja igen nagy, s ugyanilyen nagy – a tektonikus cunamikkal vetélkedő – a kialakult cunamik energiája is. Ezek a kivételes vulkánok az óceáni lemezeken helyenként megtalálható „forró pontok” (kéreg-elvékonyodások) felett felépülő sziget-vulkánok, melyek egyben a leghatalmasabb ilyen képződmények is a Földön. A jelenben a legjellemzőbb, vagy talán legismertebb példái az ilyen vulkánoknak a Hawaii-szigetek vulkánjai. Ezek közül a leghatalmasabbak a Mauna Kea (6.48. ábra), amely 4205 m, a Mauna Loa (6.47. ábra), amely 4169 m, végül a Kilauea (6.48. ábra), amely (csak) 1277 m magas a tengerszint felett, de a mintegy 6000 m-es tengermélységet figyelembe véve az óceáni talapzattól számított közelítő magasságuk sorban 10 200 m, 10 150 m és végül (csupán) 7300 m. Ezzel a két első hegy a Föld két legmagasabb hegye, melyek magassága mintegy 1500 m-rel haladja meg a 8848 m magas (nem vulkanikus) Mount Everest magasságát. Hozzá kell tennünk, hogy ezek a vulkánok – a Balaton-felvidék kialudt vulkánjaihoz hasonlóan – ún. pajzsvulkánok, vagy lemez-vulkánok, amelyek szilikátban szegény igen híg lávából épülnek fel, illetve azt bocsátanak ki. A pajzsvulkánoknak ez a tulajdonsága azonban éppen az, ami veszélytelenné teszi őket mind kitöréseik, mind pedig cunami-keltő potenciáljuk szempontjából. A híg láva ugyanis nem tartalmaz sem robbanásveszélyes gázokat, sem pedig az ugyancsak robbanásveszélyes piroklasztot, ami gázokkal telített izzó por. Vannak azonban olyan kevésbé bázisos sűrű lávát termelő sziget-vulkánok, melyeknek kitörései robbanásszerűek, és jelentős földrengésekkel járnak együtt. Még pusztítóbb lehet egy ilyen kitörés, ha a vulkáni kürtőbe, vagy a kalderába a kitörés során betör a tengervíz, mivel ekkor egy hatalmas méretű gőzrobbanás is végbemegy, amely általában szétrobbantja és megsemmisíti az egész hegyet, vagy annak legnagyobb részét. A sziget-vulkánok ilyen kitörései v. kaldera-robbanásai általában rendkívül pusztító cunamikat váltanak ki (6.49., 6.50., 6.51. ábra).

Mauna Loa látképe és szintvonalas térképe

6.47. ábra. A Mauna Loa látképe és szintvonalas térképe (Forrás: http://en.es-static.us/upl/2011/08/maunaloa_hawaii_nasa_400.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/MaunaLoaMap.jpg)

A Mauna Kea hegy és a Kilauea kráter

6.48. ábra. A Mauna Kea és a Kilauea (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8d/Mauna_Kea_from_the_ocean.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/Puu_Oo_looking_up_Kilauea_-_edit.jpg)

Balra: a robbanásos vulkánkitörések talán leglátványosabb példája az alaszkai Redoubt Mountain gombafelhőt eredményező kitörése, alatta egy Hawaii és egy Stromboli típusú kitörés képe. Középen a Mount Pelée 1902-es tragikus kitörése előtt a kalderából „kinőtt” hatalmas „bazaltdugó”. Jobbra: a görögországi Szantorini szigete jelenleg, amely a Thera vulkán felrobbanása után a vulkánból megmaradt rész.

6.49. ábra. Balra: a robbanásos vulkánkitörések talán leglátványosabb példája az alaszkai Redoubt Mountain gombafelhőt eredményező kitörése, alatta egy Hawaii és egy Stromboli típusú kitörés képe. Középen a Mount Pelée 1902-es tragikus kitörése előtt a kalderából „kinőtt” hatalmas „bazaltdugó”. Jobbra: a görögországi Szantorini szigete jelenleg, amely a Thera vulkán felrobbanása után a vulkánból megmaradt rész. (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Lava_forms.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/Pelee_1902_6.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/14/Santorini_Landsat.jpg)

A bal oldali képen a Fülöp-szigeteki Pinatubo vulkán robbanásos kitörése a háttérben. Jobb oldali képen a Mount St. Helens (USA) kitörése hatalmas hamu és füst kiömléssel.

6.50. ábra. Balra: a Fülöp-szigeteki Pinatubo vulkán robbanásos kitörése. Jobbra: a Mount St. Helens (USA) hasonló kitörése. A hatalmas kaldera-robbanások nem okoztak cunamit a tengertől való távolság miatt. (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/Pinatubo91eruption_clark_air_base.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a5/MSH80_eruption_mount_st_helens_05-18-80.jpg)

A képeken az ismert legnagyobb vulkáni eredetű cunami katasztrófát okozó Krakatau (Krakatoa) vulkán felrobbanása látható metszeten (balra) és fényképen (jobbra), valamint a robbanás során megsemmisült szigetrész

6.51. ábra. Az ismert legnagyobb vulkáni eredetű cunami katasztrófát okozó Krakatau (Krakatoa) vulkán felrobbanása metszeten (balra) és fényképen (jobbra), valamint a robbanás során megsemmisült szigetrész (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/Krakatoa_eruption_lithograph.jpg; http://www.drgeorgepc.com/tsu1883KrakatoaEruption.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/67/Map_krakatau.gif)

A legrégebbi ismert kaldera-robbanás, amely bizonyíthatóan cunamit is okozott, a görögországi Szantorini szigetén következett be a Kr. e. 2. évezred közepén (becslések szerint Kr. e. 1620 körül). A vulkanikus kitörések robbanóerejét jellemző Vulkanikus Explozivitási Index (Volcanic Explosivity Index, VEI, 6.52. ábra), valamint a kidobott anyag mennyiségét mérő Szilárd Szikla Egyenérték (Dense Rock Equivalent, DRE) alapján a történelmi idők egyik legnagyobb (ha nem a legnagyobb) kitörése volt (6.5. táblázat). A kitörés – amelyet egyformán illetnek a Szantorini kitörés, a Thera vulkán kitörése, illetve a Minoszi kitörés névvel – VEI értékét a legújabb eredmények alapján 7-nek, DRE értékét pedig 60 km3-re becsülik (ez utóbbi kb. 100 km3 vulkanikus anyag kilövellését jelenti). A kitörés és a kaldera-robbanás megsemmisítette a minoszi civilizáció egyik legfőbb városát, Akrotirit, és ezen felül számos települést és mezőgazdasági területet a környező szigeteken és magán Kréta szigetén is. A kitörésről megbízható leírás nem maradt fenn, ám számos görög mítoszban megjelenik, sőt állítólag még egy kínai krónikában is említésre kerül. Utóhatásai a krétai civilizáció lehanyatlásához, egyesek szerint teljes megsemmisüléséhez vezettek, de még az antik Görögország és Egyiptom gazdasága és politikai élete is megrendült a kitörés következtében. Sok történész egyetért abban, hogy valószínűleg ez a kitörés volt Platón Atlantisz-történetének alapja, amely egy tenger alá süllyedt kontinensről számol be (6.53. ábra).

A Vulkanikus Explozivitási Index és a kitörés által kidobott anyagmennyiség néhány múltbeli kitörés alkalmával

6.52. ábra. A Vulkanikus Explozivitási Index és a kitörés által kidobott anyagmennyiség néhány múltbeli kitörés alkalmával (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/VEIfigure_en.svg)

Atlantisz látképe Platón leírása alapján

6.53. ábra. Atlantisz látképe Platón leírása alapján (Forrás: http://www.unmuseum.org/atlantiscity.jpg)

Szantorini szigetét ma mintegy 60 m vastag fehér vulkáni hamuréteg borítja be, amely alatt világosan kirajzolódik az eredeti talajszint. A hamurétegben négy jól elkülöníthető alréteg található, amelyek a kitörés különböző fázisaiban rakódtak le. Az ún. plíniuszi típusú[39] robbanásos kitörés során mintegy 30–35 km magas hamufelhő keletkezett, ami mélyen behatolt a sztratoszférába. A kaldera-robbanásoknál szokásos módon a magmakamrába betört a tengervíz, hatalmas gőzrobbanást kiváltva.

A kitörés egy rendkívüli magasságú, 35–150 m magas hullámokból álló cunami hullámsorozatot is kiváltott, amely Kréta 110 km-re fekvő teljes északi partvidékét letarolta. A Therától 27 km-re fekvő Anafi szigetén habkő rétegek (6.54. ábra) találhatók 250 m-rel a tengerszint feletti lejtőkön.

A képen egy vulkanikus habkő fényképe látható

6.54. ábra. Vulkanikus habkő, mely nagy gáztartalma miatt könnyebb a víznél (Forrás:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7b/Teidepumice.jpg)

Korábban a régészek Kr. e. 1500 körülre tették a kitörés időpontját, de ma egy, a hamuréteg által sértetlenül betemetett olajfa radiokarbonos kormeghatározása alapján 95%-os valószínűséggel Kr. e. 1600 és 1627 közé teszik. Távhatásai közül nem a cunami volt a legjelentősebb, hanem a sztratoszférába került hatalmas hamumennyiség, amely még évekig ott lebegett, „vulkanikus telet” okozva állítólag még Kínában is.

VEI

A kiszórt törmelékanyag térfogata

Kitörés típusa

Leírás

Kitörési oszlop magassága

Gyakoriság

Troposzférikus injekció

Sztratoszférikus injekció

Példák

0

< 10 000 m³

Hawaii-típus

effuzív

< 100 m

állandó

elhanyagolható

nincsen

Kīlauea, Piton de la Fournaise, Erebus

1

> 10 000 m³

Hawaii-Stromboli-típus

enyhe

100–1000 m

naponta

jelentéktelen

nincsen

Stromboli, Nyiragongo (2002)

2

> 1 000 000 m³

Stromboli-Vulcano-típus

explozív

1–5 km

hetente

mérsékelt

nincsen

Galeras (1993), Mount Sinabung (2010)

3

> 10 000 000 m³

Volcano-Pelé-típus

explozív

3–15 km

néhány havonta

lényeges

lehetséges

Nevado del Ruiz (1985), Soufrière Hills (1995)

4

> 0,1 km³

Szub-plíniuszi

katasztrofális

10–25 km

≥ 1 évente

lényeges

határozott

Mount Pelée (1902), Eyjafjallajökull (2010)

5

> 1 km³

Plíniuszi

katasztrofális

20–35 km

≥ 10 évente

lényeges

jelentős

Mount Vesuvius (79 CE), Mount St. Helens (1980)

6

> 10 km³

Ultra-plíniuszi

kolosszális

> 30 km

≥ 100 évente

lényeges

lényeges

Krakatau (1883), Mount Pinatubo (1991)

7

> 100 km³

Ultra-plíniuszi

szuper-kolosszális

> 40 km

≥ 1000 évente

lényeges

lényeges

Thera (c. 1620 BCE), Tambora (1815)

8

> 1000 km³

Szupervulkáni

mega-kolosszális

> 50 km

≥ 10 000 évente

lényeges

lényeges

Yellowstone (640 000 BP), Toba (74 000 BP)

6.5. táblázat. A történelmi időkben és az elmúlt 1 millió évben bekövetkezett legnagyobb vulkánkitörések típusba sorolása és legfontosabb fizikai paraméterei (Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/Volcanic_Explosivity_Index)

A kambriumtól a pleisztocénig, tehát napjainkig tartó mintegy 500 millió éves időszakban 47 VEI 8-as osztályú, esetleg még annál is nagyobb nagyságrendű vulkánkitörés követezett be a Földön, amelyek közül 42 az elmúlt 36 millió évben történt. A legutóbbi ilyen kitörés az új-zélandi Taupo-tavat (légifényképét lásd a 6.55. ábrán) létrehozó Oruanui szuper-kitörés volt, amely kb. 26 500 évvel ezelőtt történt. Az elmúlt 10–12 ezer évben, azaz a holocénben még VEI 8-as erősségű kitörés sem volt. Az időszakban 5, vagy több VEI 7 osztályú kitörés történt. Ugyanebben az időszakban 58 bizonyíthatóan plíniuszi típusú kitörés és ebből 13 bizonyítható kaldera-robbanás volt. Valószínűleg több olyan ide sorolható kitörés, illetve robbanás történt, melyeknek nyomai már nincsenek meg, vagy még nem azonosították őket.

A képen az új-zélandi Taupo-tó felülnézetből

6.55. ábra. Az új-zélandi Taupo-tó (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/Lake_taupo_landsat.jpg)

A másik olyan kaldera-robbanási katasztrófa, amely telecunamit váltott ki, és az egész világon éreztette a hatását a mai Indonézia területén, a Szunda-szorosban (6.56. ábra) fekvő Krakatau szigetvulkán 1883-ban bekövetkezett kaldera-robbanása volt. Ismereteink szerint ez volt az a vulkánkitörés, amely a legpusztítóbb cunamit váltotta ki a történelem során.

A Szunda-szoros elhelyezkedése

6.56. ábra. A Szunda-szoros (Forrás: http://plzcdn.com/ZillaIMG/98cd9f1f461119ebd96c224f59be60ec.jpg)

A Krakatau 1883-as kitörése májusban kezdődött, csúcspontját pedig 1883. augusztus 27-én érte el a vulkán csaknem teljes megsemmisülésével. A megsemmisülést okozó kaldera-robbanás volt ismereteink szerint a Földön bekövetkezett legnagyobb erejű robbanás az emberiség történelme során.

Az 1883-at megelőző években a vulkán intenzíven működött, az általa okozott földrengéseket még Ausztráliában is érezték. Május 20-án, 4 hónappal a végső robbanás előtt gőz- és hamukitörések kezdődtek, utóbbiak 6 km magas hamufelhőket is létrehoztak. A robbanások hangját Jakartában is hallották. Május végén a tűzhányó aktivitása hirtelen megszűnt, és június közepéig ez így is maradt. A vulkán tevékenysége június 16-án újult fel, több kürtő nyílt meg, jelentős mennyiségű hamu és habkő került a légkörbe az ezt követő 2 hónapban.

Augusztus 25-ére a kitörések nagyon felerősödtek. Augusztus 26-án helyi idő szerint 13.00-kor a vulkán ún. paroxizmatikus (dühöngő) állapotba került, a belőle kirobbanó piroklasztikus (izzó hamu) felhő elérte a 27 km magasságot. A kitörés folyamatossá vált és a vulkán 20 km-es körzetén belül tartózkodó hajókra 10 cm nagyságú habkövek záporoztak. 18.00 és 19.00 óra között egy kisebb cunami érte el a kb. 40 km-re fekvő Jáva és Szumátra partjait.

Végül augusztus 27-én a hajnali-korai reggeli órákban (06.30 és 06.44), majd a délelőtt folyamán (10.02 és 10.41) négy óriási robbanás ment végbe. A robbanások hangját a 3500 km-re fekvő nyugat-ausztráliai Perthben, valamint a 4800 km-re fekvő Mauritius szigetén is hallották. Mindkét helyen ágyúlövéseknek gondolták azt. Mind a négy robbanás hatalmas méretű cunamikat indított útjukra, melyeknek hullámmagassága meghaladta a 30 métert. A gázok feszítőerejének csökkenésével az eddig felfelé kilövellő piroklaszt a szigeten és a tengerfelszín mentén terjedő halálos piroklaszt folyásokba (6.57. ábra) ment át, amelyek elárasztották majdnem az egész Szunda-szorost és Szumátra egyes parti területeit is. A robbanások során felszabadult energia meghaladta a 200 megatonna TNT-egyenértéket, azaz mintegy 4-szerese volt az ún. Cár-bombáénak, amely a világon valaha is megalkotott legnagyobb termonukleáris fegyver volt (50 MT, 1961).

Piroklaszt folyás a Fülöp-szigeteki Mayon vulkán oldalán.

6.57. ábra. Piroklaszt folyás a Fülöp-szigeteki Mayon vulkán oldalán (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/73/Pyroclastic_flows_at_Mayon_Volcano.jpg)

A robbanás által keltett lökéshullám (tk. hanghullám, ami egyszerre légköri nyomás- és sűrűség-hullám) 1086 km/óra sebességgel terjedt tovább. Ereje beszakította a Szunda-szorosban tartózkodó hajók matrózainak dobhártyáját, és 85 hPa-os nyomáshullámot idézett elő még a jakartai gázművek higanyos nyomásmérő műszereiben is, széttörve a higanyt tartalmazó csöveket. A keletkezett nyomáshullámot a Föld összes barográfja regisztrálta, 7-szer kerülte meg a Földet, amíg 5 nap múlva végre megszűnt létezni. A vulkanikus hamut a robbanások 80 km magasságba, a mezoszféra alsó határáig lökték fel, elárasztva a teljes sztratoszférát.

Ezt követően a robbanások és a vulkáni tevékenység teljesen megszűnt, augusztus 28-ára a Krakatau (már ami maradt belőle) elcsendesült. Apró sárlavinák jelezték még tevékenységét egészen októberig.

Következmények

a) "The Burning Ashes of Ketimbang"

Augusztus 27-én a déli órákban forró hamueső kezdett hullani Ketimbangban, Szumátrán. A piroklasztikus esőben kb. 1000 ember vesztette életét. Ezek az emberek voltak a Krakatau egyetlen közvetlen áldozatai. Egy olyan erősségű piroklaszt hullám végzett velük 60–70 km távolságból, amely képes volt átszelni a tengert is.

A piroklaszt árak, a vulkáni hamueső és főleg a cunami, illetve ezek együttes fellépése azonban számos további áldozatot szedett. A Sebesi szigetén élő 3000 emberből nem maradt túlélő. A holland[40] hatóságok által összeállított hivatalos veszteséglistán 36 417 áldozat szerepel, de egyes források 120 000-re teszik az áldozatok számát. Szumátrán és Jáván is számos város és falu pusztult el. Megbízható jelentések szóltak megégett emberi csontvázakról, amelyeket habkő „tutajokon” egészen a kelet-afrikai partokig sodort az Egyenlítői Áramlat.

b) Cunamik és távhatások

Az Indiai-óceán teljes térségben, egészen Dél-Afrikáig, a hajók a nyílt tengeren is himbálództak a cunamik hatására. Úgy gondoljuk, hogy ezeket a hatalmas cunamikat a kezdetben felfelé kilövellő piroklaszt oszlopok már említett gravitációs összeomlása után a tengerbe zúdult hatalmas mennyiségű vulkáni anyag idézte elő, nagy tömegű vizet szorítva ki a helyéről. Merak városát pl. egy 46 m magas cunami hullám pusztította el, amely a következő részben leírt omlásos eredetű cunami hullámokra emlékeztetett. A tenger felszínén a piroklaszt „folyók” túlhevült gőzpárnákon csúsztak egészen a közeli szárazföldekig. Helyenként a tenger fenekére zúdult piroklaszt anyag is 15 km-t tett meg, míg leállt. Nemrégiben Németországban laboratóriumi kísérletekkel is igazolták a piroklaszt egyrészt a víz felszínén úszni képes (könnyű frakció), másrészt a fenékre zúduló (nehéz frakció) komponensekre bomlását.

c) Földrajzi következmények

A robbanást követően hamarosan kiderült, hogy Krakatau szigete csaknem teljesen eltűnt. A Rakata vulkán déli fele megmaradt, másik fele eltűnt, és egy vertikális sziklafal valamint egy 250 m mély kaldera maradt a nyomában. A sziget északi kétharmadából egy sziklaszirt maradt, melyet ma Bosun sziklájának neveznek (ez a Danan hegy egy törmeléke).

A sziget szétesése, valamint a vulkán által lerakott hatalmas mennyiségű törmelék következtében a környező tengerfenék topográfiája teljesen átalakult. Becslések szerint mintegy 18–21 km3 tufa és habkő rakódott le a tenger fenekén, mintegy 1 100 000 km2-es területen, kitöltve a vulkán körüli 30–40 m mély medencét.

d) Globális klimatikus és légköri optikai jelenségek

A kitörést követő évben a Föld átlaghőmérséklete 1,2 °C-kal visszaesett. A szokásos időjárási patternekben több éven át zavarok mutatkoztak, az átlaghőmérséklet csak 1888-ra állt vissza a normális értékre. A sztratoszférába kilövellt hatalmas mennyiségű kén-dioxid (SO2) gáz felhője lassan szétterült az egész bolygó felett. Ezáltal megnőtt a magas szintű cirrus felhők kénessav (H2SO3) koncentrációja. Ez megnövelte e felhők albedóját (fényvisszaverő képességét), ami lehűtötte a Földet. Az oxidálódott SO2-ból idővel szulfát aeroszol vált ki, amely tovább csökkentette a felszínt elérő napsugárzás erősségét. Végül a légkörbe jutott kén-dioxid a légköri vízben oldódva savas esők formájában jutott vissza a talajra.

A kitörés következtében a magaslégkörbe került és ott ugyancsak globálisan szétterült finom por évekre elsötétítette az eget. Ugyanakkor rendkívülien szép színes naplementéket (6.58. ábra) okozott a fénytörés és fényszórás miatt az egész világon.

Balra: William Ashcroft brit festő képei a Krakatau kitörését követő évek színes alkonyatairól. Jobbra: Edvard Munch: A sikoly c. 1893-ban festett híres képe, amely egyesek szerint szintén a színes alkonyok egyikét ábrázolja.

6.58. ábra. Balra: William Ashcroft brit festő képei a Krakatau kitörését követő évek színes alkonyatairól. Jobbra: Edvard Munch: A sikoly c. 1893-ban festett híres képe, amely egyesek szerint szintén a színes alkonyok egyikét ábrázolja. (Forrás: http://www.diederikvanvleuten.nl/webyep-system/data/7-8-im-CenterPhoto-1287.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/archive/f/f4/20090829082327!The_Scream.jpg)

A kitörés addig nem látott típusú optikai (halo) jelenség, az ún. Bishop-féle gyűrű (6.59. ábra) megjelenését is előidézte a Nap körül. Egyébként a jelenség nevét első megfigyelője és leírója, Rev. Sereno Edward Bishop (1827–1909) honolului lelkészről kapta, aki éppen a Krakatau hamuja által okozott halo jelenséget figyelte meg.

Az Eyjafjallajökull vulkán kitörése által okozott Bishop-gyűrű a Nap körül 2010 májusában a hollandiai Leydenből (Marco Langbroek felvétele)

6.59. ábra. Az Eyjafjallajökull vulkán kitörése által okozott Bishop-gyűrű a Nap körül 2010 májusában a hollandiai Leydenből (Marco Langbroek felvétele) (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/BishopRing18mei2010_18_sml.jpg)

e) Utójáték, az ifjú Krakatau (Anak Krakatau)

Mint az összeomlott szigetvulkánok esetében általában, ha a vulkánt létrehozó „forró pont” nem mozdul el, a romok helyén új vulkán kezd növekedni. Így történt ez a Krakatau esetében is, 1960-tól az újra növő vulkán csúcsa már a víz felett van, kis vulkáni szigetet alkot, melynek neve Anak Krakatau, azaz Ifjú Krakatau (6.60. ábra).

A térképen az ifjú Krakatau elhelyezkedése látható

6.60. ábra. Az ifjú Krakatau (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1e/Krakatau_18may92.jpg)

A következő táblázat a legtöbb halálos áldozatot követelő vulkánkitöréseket foglalja össze az elmúlt évszázadokból (6.6. táblázat). Tárgyunknak megfelelően megjelöltük azokat a kitöréseket, amelyek cunamit is okoztak. Látjuk, hogy számuk viszonylag kevés, tehát a vulkánosság, mint ok, csak a második helyen van a cunami katasztrófák kiváltásában. A legnagyobb és leghalálosabb kitörés a Tambora vulkán 1815-ös kitörése volt, amely 92 000 ember halálát okozta, de nem járt cunamival.

Vulkán

Év

Halottak

Halálozás fő oka

Tambora, Indonézia

1815

92 000

Éhezés

Krakatau, Indonézia

1883

36 417

Cunami

Mount Pelee, Martinique

1902

29 025

Hamu ár

Ruiz, Columbia

1985

25 000

Sárfolyás

Unzen, Japán

1792

14 300

Vulkán beomlás, cunami

Laki, Izland

1783

9350

Éhezés

Kelut, Indonézia

1919

5110

Sárfolyás

Galunggung, Indonézia

1882

4011

Sárfolyás

Vezúv, Olaszország

1631

3500

Sárfolyás, lávafolyás

Vezúv, Olaszország

79

3360

Hamu ár, vízesés

Papandayan, Indonézia

1772

2957

Hamu ár

Lamington, Pápua Új-Guinea

1951

2942

Hamu ár

El Chichon, Mexikó

1982

2000

Hamu ár

Soufriere, St. Vincent

1902

1680

Hamu ár

Oshima, Japán

1741

1475

Cunami

Asama, Japán

1783

1377

Hamu ár, sárfolyás

Taal, Fülöp-szigetek

1911

1335

Hamu ár

Mayon, Fülöp-szigetek

1814

1200

Sárfolyás

Agung, Indonézia

1963

1184

Hamu ár

Cotopaxi, Ecuador

1877

1000

Sárfolyás

Pinatubo, Fülöp-szigetek

1991

800

Betegség

Komagatake, Japán

1640

700

Cunami

Ruiz, Columbia

1845

700

Sárfolyás

Hibok-Hibok, Fülöp-szigetek

1951

500

Hamu ár

6.6. táblázat. A történelmi időkben a legtöbb halálos áldozatot követelő vulkánkitörések és jellemzőik

6.2.7. Szeizmikus csuszamlásos megacunamik

A megathrust, vagy telecunamikon kívül a cunamiknak még számos más fajtája is létezik, amelyek közük egyeseknek még a kialakulási mechanizmusa sem teljesen tisztázott. Jó néhány példa van olyan cunamikra, amelyek konvergens lemezhatároktól távol robbantak ki. A történelmi időkben ilyenek voltak az új-fundlandi Grand BanksCunami 1929-ben, valamint a Pápua Új-Guineai Cunami 1998-ban. Az említett cunamik az ún. tengeriüledék- omlási cunamik osztályába tartoznak, amikor a földrengések a kontinentális alapokon felgyülemlett üledékeket destabilizálják, és ezek leomolva és a kontinentális lejtőkön lecsúszva cunami hullámot váltanak ki. Ezek a cunamik viszonylag gyorsan elhalnak a tektonikus cunamikhoz képest. A földtörténet egyik érdekes rejtélye az ún. Storegga-incidens, amely egy kb. 8000 évvel ezelőtt bekövetkezett megacunami nyomait rögzíti az üledékes kőzetek sztratigráfiai leleteiben. Ez lehetett az üledék-omlási cunamik legintenzívebb megnyilvánulása a holocénben. A jelenlegi tudományos álláspont szerint három hatalmas Storegga-omlás ment végbe a norvégiai (az országtól nyugatra, az Atlanti-óceánban fekvő) kontinentális talapzat peremén (Storegga egyébként norvégul „Nagy Perem”), melyek mindegyike nagy cunamit váltott ki az Észak-Atlanti-óceánon (6.61. ábra). Az omlások mintegy 290 km hosszúságú partszakaszt (pontosabban self-szakaszt) érintettek és kb. 3500 km3 omladék zuhant a mélyóceánba. A radiokarbonos kormeghatározás szerint a legutolsó ilyen omlás Kr. e. 6100 körül következett be. Az omlás által kiváltott cunami nyomait Skóciában is fellelték, ahol a tengerből származó törmelék a Firth of Forth részét képező Montrose-medencében a jelenlegi partvonaltól 80 km-re hatolt be a szárazföldre, a jelenlegi dagályszintnél 4 m-rel magasabb réteget képezve. Még érdekesebb dolog, hogy az utolsó Storegga-omlás előtt valószínűleg néhány évszázadig egy kontinentális „földhíd” létezett az Atlanti-óceánban Dánia, Hollandia és Anglia között, amelyet Doggerland-nak neveztek, és amelyet a harmadik Storegga-cunami mosott el, katasztrofális következményekkel.

A térképeken és a műholdfelvételen a három hatalmas Storegga-omlás helyszíneinek elhelyezkedése

6.61. ábra. A három hatalmas Storegga-omlás helyszínei (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/db/Grand_Banks.png; http://www.utopiakalmar.se/sites/default/files/styles/helspalt/public/storregaen.jpg; http://nextnature.net/wp-content/uploads/2009/04/2007_dogger_re-engineered_satelite_photo_530.jpg; http://nextnature.net/wp-content/uploads/2009/04/doggerland_530.jpg)

A Storegga-omlás közvetlen nyomait a 2000-es évek elején fedezték fel egy norvégiai tengeri földgázmező feltárása során, és azóta is folyamatosan vizsgálják. 2004-ben végül egy olyan általánosan elfogadottá vált tudományos hipotézis látott napvilágot, mely szerint az omlások a kb. 10 000 évvel ezelőtt véget ért jégkorszak törvényszerű velejárói voltak, amikor is a jégkorszak ideje alatt a gleccserek által a sekély tengerbe hordott nagy mennyiségű többlet-üledék omlott le. Ebből következően egy jövőbeli glaciális is hasonló következményekkel érhet véget a térségben, de előbb nem várható hasonló omlás, pl. az emberi tevékenység következtében[41]. Mindazonáltal még ma sem zárják ki, hogy a Storegga-omlásokat más okok, mint pl. földrengés, vagy a tengervízben feloldódott metán által képezett metánhidrát komplex melegedés általi megbomlása és a metán felszabadulása okozta.

Már az 1950-es években sejtették, hogy a szárazföldön bekövetkező nagy földcsuszamlások a korábban feltételezettnél sokkal nagyobb – esetleg rekord-döntő magasságú – cunamikat okozhatnak tavakban, vagy zárt öblökben, mivel laboratóriumi kísérletek azt mutatták, hogy a lezúduló földtömeg energiáját a szóban forgó víztömeg nem tudja elnyelni, de még lényegesen csökkenteni sem, és ezért teljes tömegében megmozdul. A feltételezést kisvártatva (1958) igazolta az alaszkai Lituya-öbölben (Lituya Bay) bekövetkezett földcsuszamlás és szökőár (6.62. ábra), amely a valaha mért és üledékekben regisztrált hullámoknál legalább egy nagyságrenddel nagyobb, 524 m magas hullámot keltett. A hullám csaknem azonnal elérte a szűk öböl (valójában fjord) partját, és így – csodával határos módon – mindössze két emberáldozatot követelt. Még csodálatosabb, hogy egy csónaknak sikerült „meglovagolnia” a hullámot. Ez tehát a ma világrekordot tartó megacunami, melynél nagyobb valószínűleg csak az a 65 millió évvel ezelőtt bekövetkezett egyszerre tele- és megacunami volt, amely a Yukatán félszigeten fekvő Chicxulub krátert (egyesek szerint az egész Mexikói–öblöt) létrehozó (6.63. ábra), és a dinoszauruszok globális kihalásához vezető elhíresült kisbolygó-becsapódás következményeként jött létre.

A Lituya-öbölben bekövetkezett földcsuszamlás és cunami nyomai felülnézetből.

6.62. ábra. A Lituya-öbölben bekövetkezett földcsuszamlás és cunami nyomai (a víz által elmosott erdők a parton) (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dd/Lituya_Bay_overview.jpg)

A Chicxulub-kráter a Yucatán-félszigeten felülnézetből

6.63. ábra. A Chicxulub-kráter a Yucatán-félszigeten, valószínűleg a földtörténet egyik legnagyobb, aszteroida-becsapódás által okozott katasztrófájának nyoma. A becsapódás mintegy 65 millió évvel ezelőtt történt és tömeges kihaláshoz (dinoszauruszok) vezetett (Forrás: http://listverse.wpengine.netdna-cdn.com/wp-content/uploads/2007/11/crater.jpg)

6.2.8. Az előrejelzés és riasztás lehetőségei és módszerei

Egészen rövid (perces) időtávon a tenger szokatlan mértékű visszahúzódása (drawback) jelezheti előre a cunami érkezését és riaszthatja az embereket. A – gyakran a szívóhatásból származó (cuppanás jellegű) hangjelenséggel is kísért – víz-visszahúzódást észlelőknek csak akkor van esélyük a túlélésre, ha azonnal természetes magaslatokra, vagy szilárd alapokon álló építmények magasabb szintjeire futnak (a megacunami hullámok aránylag nem túl magasak, ismert esetekben nem haladták meg a 15 m-t, tehát kedvező terepen van esély). A cunamik által gyakran látogatott helyeken élők ezzel tisztában vannak. A 2004-es indiai-óceáni cunami esetében érdekes módon egy angol kisfiú, aki nem sokkal korábban tanult a cunamiról, emberek tucatjainak életét mentette meg e jel felismerésével a Thaiföldön fekvő Phuket üdülőhelyen. Ugyanakkor – sajnos – e jelzés nem általános érvényű. A 2004-es cunami esetében Sri Lanka és Afrika keleti partvidékén nem volt észlelhető a jelenség, mert a hullám pozitív fázisa, azaz a vízszint-emelkedés érkezett meg korábban. Thaiföld viszont az epicentrumtól nyugatra esett, ahová a hullám negatív fázisa érkezett meg először.

Általánosságban a cunami kellő pontosságú előrejelzése jelenleg még nem lehetséges, még akkor sem, ha ismert a kiváltó föld- vagy tengerrengés helye és erőssége. A geológusok, oceanográfusok és szeizmológusok együttműködése szükséges ahhoz is, hogy egy szökőár-riasztás kibocsátásra kerüljön. Ma már képesek vagyunk automata műszerekkel észlelni egy küszöbön álló szökőár bizonyos jeleit rögtön a földrengés bekövetkezte után és így – az epicentrum közvetlen környezetébe eső partok kivételével – időben kiadni a riasztást. A legsikeresebb ilyen rendszerek a fenéknyomás-mérő berendezések, amelyeket bójákon helyeznek el, és az alattuk fekvő tengervíz oszlop teljes nyomását mérik (6.64. ábra). Mivel a közismert

hidrosztatikai összefüggés szerint a p teljes nyomás egyenesen arányos a vízoszlop h vastagságával (ρ – a víz sűrűsége, g – a nehézségi gyorsulás), a vízszint változása, azaz a hullám észlelhető.

A DART cunami riasztó rendszer felépítésének sematikus rajza és a tengerben az egyik nyomásmérésen alapuló hullámmagasság-mérő bójája háttérben egy mérőhajóval

6.64. ábra. A DART (Deep Ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) cunami riasztó rendszer felépítése és egyik nyomásmérésen alapuló hullámmagasság-mérő bójája (Forrás: http://www.ndbc.noaa.gov/dart/dart_mooring.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/0/0f/Dart_tsunamicover.jpg)

A cunamik által veszélyeztetett helyeken (a parttól 2–300 km-re fekvő mélytengeri határvonalon, melyet a kontinentális lejtő alja jelöl ki) ezen az elven működő cunami riasztó rendszereket telepítettek az elmúlt években, főleg századunk két megacunamija után. Ilyen rendszerek működnek már régebben a csendes-óceáni tűzgyűrű fejlett országaiban (USA, Japán), de 2004 után még a szegényebb országok, mint Indonézia, vagy Sri Lanka is telepítette rendszereit. (Sajnos a japán rendszer 2011-ben az epicentrumnak a parthoz való közelsége miatt nem lehetett eléggé hatékony.) Az érintett (ún. Pacific Rim, magyarul Csendes-óceáni Szegély) országok nemzetközi együttműködéssel létrehozták a Csendes-Óceáni Cunami Riasztó Rendszert, amely a Hawaiin fekvő Honoluluban található. A rendszer feladata az egész tűzgyűrű térség szeizmikus monitoringja és a cunami riasztások kiadása a megfelelő számítógépes elemzés után. (Említettük, hogy nem minden szubdukciós rengés vált ki cunamit, illetve azt, hogy egy cunami nem minden partvidéken fejt ki pusztító hatást. Egy felesleges riasztás pedig a várható pánik miatt szintén jelentős károkat okozhat.)

A számítógépes modellek általában csak percekkel az esemény bekövetkezte előtt tudják megbízhatóan jelezni a cunami érkezését (6.65. ábra), annak ellenére, hogy az előbb említett vízoszlop-nyomásmérők adatain kívül számos más adatot (szeizmikus, batimetrikus és partvonal-topográfiai adatokat) is figyelembe vesznek.

  
Figyelmeztető táblák, illetve a cunamik áldozatainak állított emléktáblák

6.65. ábra. Figyelmeztető tábla, illetve a cunamik áldozatainak állított emléktáblák az érintett városokban (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/3/33/Bamfield_%28171%29.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Kamakura_tsunami.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/The_monument_to_the_victims_of_tsunami.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/54/Tsunami_Memorial_Kanyakumari.JPG)

Egyes zoológusok feltételezik, hogy bizonyos állatfajok képesek érzékelni a földrengések által keltett szuperszonikus Rayleigh-hullámokat (6.66. ábra), melyek terjedési sebessége kb. 10-szerese a hangsebességnek és a cunami hullám terjedési sebességének, azaz kb. 3000 m/s. Ha a hipotézis igaz, akkor ezeknek az élőlényeknek a viselkedése alkalmas lehet az előrejelzésre.

A Love-hullám és a Rayleigh-hullám sematikus rajza

6.66. ábra. A földrengések két jellemző hullám-típusa: a Love-hullám és a Rayleigh-hullám (Forrás: http://www.exploratorium.edu/faultline/basics/images/rayleighlove_lrg.gif)

Ugyanakkor ez a hipotézis ellentmondásos és ezért széles körben még nem elfogadott. Nem megbízható forrásokból származó állítások szerint az 1755-ös nagy lisszaboni földrengést és cunamit az állatok megérezték és magasabban fekvő helyekre menekültek. Ugyanilyen híresztelések terjedtek el a 2004-es cunami esetében is Sri Lankáról, ahol állítólag egy elefánt sem pusztult el, mivel időben magaslati helyekre menekültek (miközben az emberek a partra tódultak a visszahúzódó vizet bámulni és tömegesen haltak meg).

Amint azt a 21. század két megacunamija is megmutatta, a cunamik ellen még a mai technikai színvonalon is csaknem lehetetlen a védekezés. Ennek ellenére a cunami veszélynek kitett országok közül egyesek (elsősorban Japán) számos mérnöki létesítményt hoztak létre a cunamik kivédésére. Korábban bemutattuk egy japán parti védőfal képét, amely 12 m magasságú, azonban általában ezek a védőfalak nem magasabbak 4–5 m-nél, és csak a nagy népsűrűségű városi partszakaszokon épültek ki. Sajnos a 2011-es események e létesítmények kudarcát bizonyították a nagyon is védett fukushimai partszakaszon, mivel a víz egyszerűen átsöpört rajtuk, helyenként hatalmas sebességével romba is döntötte őket. Más helyeken zsilipeket és vízelvezető csatornákat építettek ki az érkező víz elvezetésére. A tapasztalatok szerint ezek a létesítmények nemiképp fékezik ugyan a cunami hullámokat és csökkentik a károkat, de nem tudnak megvédeni a pusztítás nagyobb részétől.

A természetes akadályok, mint pl. a partra kiültetett többszörös fasorok valószínűleg hatékonyabban csökkenthetik a hullámok erejét. 2004-ben az óceán kókuszpálmákkal és mangrove erdőkkel szegélyezett partjai határozottan kisebb károkat szenvedtek, mint a nyílt partok. Ennek eklatáns példája volt az, hogy az India Tamil Nadu államban fekvő Naluvedapathy falu minimális károkkal és alig néhány emberáldozattal „megúszta” a cunamit az általános pusztulás közepette, mivel 2002-ben (24 óra alatt) 80 244 fát ültettek el közvetlenül a tengerparton (6.67. ábra), hogy így bekerüljenek a Guinness Rekordok Könyvébe.

Fatelepítés egy indiai faluban

6.67. ábra. Fatelepítés egy indiai faluban (Forrás: http://iseeindia.com/wp-content/uploads/2011/08/final.jpg)

A környezetvédők ennek alapján általában a tengerparti faültetést javasolják a cunamik kivédésére (6.68. ábra). Igaz, hogy a fák évtizedekig nőnek, mégis úgy tűnik, hogy sokkal hatékonyabb eszközök a szökőárak kivédésére, mint a mesterséges gátak.

Mangrove-erdők egy folyó partján

6.68. ábra. A mangrove-erdők képesek elnyelni a cunamik erejét és segítenek csökkenteni az általuk okozott károkat a szárazföldi területeken (Forrás: http://web.mit.edu/12.000/www/m2009/teams/2/image002.jpg)



[35] Ellentétben a szél keltette hullámokkal, melyek a mélységgel gyorsan csillapszanak.

[36] Már Thuküdidész görög természettudós és filozófus is felismerte a szökőárhullámok szeizmikus eredetét.

[37] Ez és a cunami igen gyors haladása nagyon megnehezíti, illetve lényegében kizárja a tengerre telepített figyelmeztető rendszer kialakítását. Erre legfeljebb geostacionárius műholdakról lenne lehetőség.

[38] Egészen 2011 márciusáig.

[39] A vulkánkitörések erősen robbanásos típusa, amelyet először Plinius római természettudós és admirális írt le tudományos alapossággal, a Vezúv Kr. u. 79-ben bekövetkezett katasztrofális kitörésekor, amely elpusztította Pompeiit és Herculaneumot.

[40] 1883-ban a mai Indonézia holland gyarmat volt.

[41] A felfedezést követően u.i. számos olyan szenzációhajhászó sajtóközlemény látott napvilágot, hogy a szóban forgó Ormen Lange földgázmező kiaknázása a közeljövőben óriás-cunamit okozhat az Észak-Atlanti-óceán térségében.