Tsunamis

Un tsunami és un tren de diverses ones que afecten la superfície dels oceans de forma esporàdica i que, en atansar-se a la costa en zones cada cop més somes provoca un apilament d’aigua extraordinari per damunt del nivell mitjà del mar que envesteix i inunda per un curt període de temps la zona litoral fins a cotes excepcionals. Un tsunami de gran magnitud es transmet a través dels oceans a gran velocitat i acaba afectant des de les zones costaneres més properes al lloc d’origen fins a zones costaneres situades a molts milers de distància. Els tsunamis afecten amb major freqüència certes costes, però se’n poden produir en qualsevol zona costanera.

Apartats pricipals d'aquesta pàgina:

Poder destructiu dels tsunamis Causes dels tsunamis

Els tsunamis, en general, tenen un gran poder destructiu perquè afecten a zones costaneres de baix relleu que, en termes generals, constitueixen les àrees més poblades i econòmicament més rellevants del planeta. Això és degut a la major facilitat d’ocupació per part de la industria, zones de lleure d’interès turístic i vies de transport principal.

La destrucció per part d’un tsunami va directament associada a l’impacte sobtat del flux d’aigua d’alta velocitat contra les infraestructures durant el trencament i envestida de l’ona i just posteriorment amb el reflux d’aigua cap a mar. Aquest retorn de volums massius d’aigua es produeix a menor velocitat que l’envestida, però encara amb una gran capacitat d’arrossegament de material cap a mar. A més, cal tenir en compte que, en un tsunami, aquest procés d’envestida i retorn es pot repetir diverses vegades, degut a l’arribada d’ones successives.

Zona afectada pel tsunami de Tohoku de 2011 a la zona portuària de la localitat de Ishinomaki (Japó). La imatge correspon a un més després del desastre. Imatge de Google Earth. S’hi observen vaixells embarrancats i tombats i zones d’habitatges arrasades per l’envestida del tsunami, gairebé totalment devastades.

Causes dels tsunamis

Els tsunamis es produeixen per un desplaçament vertical sobtat de la columna d’aigua a l’oceà que pot ser ocasionat per terratrèmols (els que anomenem tsunamis d’origen tectònic), però també per d’altres fenòmens tals com impactes meteorítics, explosions volcàniques, i grans esllavissades submarines o costaneres. Els tsunamis originats per terratrèmols no són, ni de bon tros, els de major magnitud, però si que són els que es produeixen més freqüentment.

Els tsunamis d’origen tectònic es poden produir tant en falles que trenquin la superfície del fons oceànic com en falles cegues. Es requereixen terratrèmols soms (ja que els terratrèmols profunds no poden alterar suficientment la geometria del fons marí) de magnituds superiors a 6,5. Es produeixen tsunamis generats per terratrèmols sobretot en contextos tectònics compressius (per falles inverses), però també són possibles en contextos extensius (falles normals). En qualsevol cas sempre cal que es produeixi un desplaçament vertical de la columna d’aigua. Per tant, el moviment de falles direccionals difícilment dona lloc a tsunamis significatius.

Els tsunamis d’origen tectònic més grans es generen normalment per deformacions del fons marí de gran radi, cosa que es produeix en marges actius amb subducció d’escorça oceànica. Aquest és el context tectònic més habitual de les costes que envolten l’Oceà Pacífic on els tsunamis són freqüents i de magnituds molt notables, on arriben a nivells d’inundació de diverses desenes de metres sobre el nivell del mar. Un bon exemple n’és el tsunami associat al terratrèmol de 2011 de Tohoku (Japó), on la inundació va superar localment els 40 m d’altitud.

Un gran terratrèmolcapacitat de generar grans esllavissades submarines que poden també ser la causa de tsunamis. Els moviments en massa submarins generats per desestabilització d’un marge continental o de grans edificis volcànics poden involucrar volums de material mobilitzat de centenars de km cúbics i desplaçar-se milers de quilòmetres pel fons marí a grans velocitats. Aquest procés té el potencial de generar grans megatsunamis, amb ones de diversos centenars de metres d’alçada a la zona d’origen, que poden acabar produint efectes devastadors en costes distants. Esdeveniments d’aquestes grans magnituds són poc freqüents i no en tenim cap exemple en temps recents, però n’hi ha alguns casos ben documentats a partir de l’estudi del registre geològic i arqueològic.

Comportament de les ones de tsunami

L’esquema de la figura següent, per major simplicitat, representa un tsunami format per dues crestes d’igual magnitud, però, a la realitat, la distorsió inicial de la superfície de l’aigua és molt variable entre tsunamis diferents. L’ona més alta tant es pot trobar al capdavant, a la meitat o a la cua del tren d’ones. A mar obert l’amplitud de l’ona és tan reduïda que passa totalment desapercebuda a les embarcacions.

Quadre que mostra en tall vertical la transformació que experimenta un tren d’ones de tsunami format per dues crestes d’igual amplitud que avança, d’esquerra a dreta, des de zones oceàniques profundes, es desplaça per damunt de la plataforma continental, fins arribar a la zona litoral. La línia blava discontínua representa el nivell mitjà de l’oceà. Al llarg d’aquest viatge, la velocitat i la longitud d’ona experimenten una gran reducció, mentre que l’amplitud d’ona (i el desnivell entre solc i cresta) experimenta un gran augment. En canvi, el període de les ones (temps de pas de dues crestes successives) es manté constant. Degut a fenòmens de fricció i de manca d’espai disponible, també hi ha una modificació de la morfologia de les ones depenent de la profunditat: el tren d’ones passa de formes aproximadament sinusoidals en els grans fons oceànics, a ones de Stokes a la plataforma continental (amb crestes agudes i solcs suaus on l’amplitud de les crestes és més gran que la dels solcs). Finalment, quan el tren d’ones arriba a les zones més somes de la zona litoral, abans del trencament de l’ona es poden produir diverses geometries que en qualsevol dels casos es caracteritzen per un gran apilament d’aigua per damunt del nivell mitjà de l’oceà. El cas més extrem és el de les ones solitàries, en les quals tota l’ona (tant les crestes com els solcs) es troben per damunt de la línia del litoral. Les ones en N (que poden ser simples o dobles) corresponen als casos sovint observats en què l’ona de tsunami, es manifesta inicialment amb un descens del nivell i retrocés de l’aigua cap a mar prèviament a l’arribada de la cresta principal de l’ona, que es pot produir al cap d’uns pocs minuts. Aquest descens inicial del nivell de l’aigua, no sempre present però molt característic de les ones de tsunami, ens pot alertar del perill imminent i permetre l’evacuació cap a terreny més elevat i segur. L’escala vertical en aquesta figura està molt exigerada respecte a l’horitzontal.

Un cop arriba prop de la línia litoral, l’ona de tsunami es fa inestable i trenca a la zona supra-litoral de forma turbulent. L’alçada màxima que assoleix l’aigua (o «run-up», en anglès) està condicionada per la forma i alçada de l’ona que arriba a la zona costanera, però també per  la geometria en detall de la zona on es produeix el trencament. Al llarg d’un tram de costa d’uns pocs quilòmetres de longitud, l’alçada màxima de la zona inundada pot ser molt variable i és difícilment predictible ja que depèn de factors complexos com la velocitat, geometria i direcció del front d’ones, fenòmens de refracció, reflexió i interferències.

Els tsunamis de prou magnitud a la zona d’origen (sigui quin sigui el seu mecanisme de generació) que tenen la capacitat de creuar oceans sencers i afectar costes allunyades a milers de quilòmetres de distància s’anomenen teletsunamis.

Escales de magnitud i d'intensitat de tsunamis

Existeixen diverses propostes d’escales de quantificació de la intensitat i de la magnitud de tsunamis. D’acord amb la distinció entre magnitud i intensitat sísmiques, el concepte de magnitud hauria de reflectir l’energia continguda per l’ona de tsunami al seu lloc d’origen, mentre que la intensitat d’un tsunami fa referència als efectes locals a les zones d’arribada. L’escala de magnituds de tsunamis (Mt) es basa en la determinació de l’amplitud de les ones de tsunami mesurades instrumentalment en boies mareals i en la seva distància a l’epicentre, d’acord amb la fórmula següent:

on h és l’amplitud màxima de l’ona de tsunami (en m) mesurada en una boia mareal, R és la distància (en km) de la boia a l’epicentre del terratrèmol (cal que R > 100), i a, b i D són constants que es determinen per tal que el valor de Mt sigui el més proper possible al valor de la magnitud moment (Mw) del terratrèmol.

L’escala d’intensitat de tsunamis proposada per Papadopoulos-Imamura (2001) es basa en la descripció dels efectes locals dels tsunamis i incorpora dotze divisions, de forma coherent amb les escales d’intensitat sísmica. A diferència d’altres escales anteriors que barregen conceptes de magnitud amb intensitat, aquesta és independent de mesures físiques tals com, per exemple, l’alçada de l’ona mitjançant boies. Seguint amb els mateixos conceptes, l’escala d’intensitat més recent ITIS-2012 aprofita l’experiència dels tsunamis de l’Oceà Índic de 2004 i del Japó de 2011 per definir en major detall la quantitat de fenòmens, l’impacte directe sobre les persones, l’impacte en objectes mòbils, en infraestructures costaneres, l’impacte ambiental i sobre la resta d’estructures.

Freqüència i impacte global i regional dels tsunamis

A nivell global, durant el darrer segle (1925-2025), s’han registrat uns 60 tsunamis destructius originats per terratrèmols o bé per esllavissades submarines desencadenades per terratrèmols, amb un nombre de morts superior als 280.000. Cal tenir en compte que aquestes xifres són aproximades, ja que en les zones proximals al focus del sisme sempre és difícil discriminar les víctimes directes de la sacsejada de les víctimes del tsunami. Aquest enllaç mostra un catàleg de tsunamis que inclou des dels grans megatsunamis pre-històrics interpretats a partir dels registres geològics fins als tsunamis destructius més recents. En les darreres dècades l’interès i coneixement sobre el funcionament i els efectes dels tsunamis s’ha incrementat molt a ran dels grans tsunamis de Flores de 1992 (Indonèsia) amb 2.500 morts, el de l’Oceà Índic de 2004 (Indonèsia) amb una cota màxima inundada de 33 m i 228.000 morts (repartits en 14 països diferents), i el del terratrèmol de Tohoku (Japó) amb cota màxima inundada de 40.5 m, i 18.500 morts, a més de l’accident i fuita radioactiva de les centrals nuclears de Fukushima.

A la Península Ibèrica, com a zona de moderada sismicitat, els tsunamis no son gaire freqüents. Tot i això en períodes històrics i pre-històrics les costes de la península han estat afectades per una colla de tsunamis de moderada a alta intensitat. La zona atlàntica del sud-oest de la Península és la que ha registrat tsunamis històrics més rellevants, d’entre els quals destaca el gran tsunami associat al terratrèmol de Lisboa de 1755 que s’estima que va provocar desenes de milers de víctimes mortals, sense comptar-hi les víctimes directes pel sisme.

Enllaços d’interès:

Selecció de material didàctic

 

Durada: 3’36»»

Nivell d’ensenyament: ESO i Batxillerat

Llengua: Català

Enllaç: https://www.youtube.com/watch?v=0Q7yCGje2z0

 Font: Canal de Youtube GeoMF, per Marta Ferrater Gómez

Vídeo on la Marta Ferrater ens explica, fent referència als factors condicionants del risc (perillositat, exposició i vulnerabilitat), perquè el tsunami de l’Oceà Índic de 2004 va provocar tantes víctimes.
També ens explica les diferències essencials entre les ones generades pel vent i les ones de tsunami, i en comenta les possibles causes. 
Finalment la Marta fa un experiment casolà utilitzant un recipient amb aigua i una rampa per simular la costa. De manera molt visual es mostra com les ones generades pel vent i les ones de tsunami tenen unes característiques geomètriques i un comportament en arribar a la zona litoral clarament diferenciades entre elles.

Durada: 10’13»

Nivell d’ensenyament: Batxillerat

Llengua: Anglès

Títol original: The Science Behind the 2004 Sumatra-Andaman Earthquake & Tsunami.

Publicat per: EarthScope Consortium Science (EEUU)

Enllaç: https://www.youtube.com/watch?v=B0MjvwjuL54

Vídeo molt complet i de gran qualitat on s’explica perquè el tsunami de Sumatra va ser tan inesperat i perquè va produir un nombre tan elevat de morts. El gran terratrèmol de 2004 no tenia precedents històrics a la regió i per això, contràriament al què passa als països costaners del Pacífic, la població no estava preparada per a protegir-se d’un esdeveniment d’aquest tipus i de tal magnitud. El vídeo analitza el context i mecanisme de generació del tsunami de Sumatra, les característiques de les ones de tsunami que es van generar i els seus efectes a nivell local a banda i banda de l’Índic. L’esdeveniment de 2004 suggereix que si fem observacions prou llargues en el temps (estudiant el registre geològic) ens adonarem que possiblement qualsevol zona de subducció pot generar tsunamis de magnituds > 8.5. A la zona de l’Índic això queda evidenciat per l’estudi de nivells sorrencs en zones supra-litorals associables a grans paleo-tsunamis produïts fa centenars d’anys. Finalment explica en què consisteix el nou Sistema d’Alerta de Tsunamis de l’Índic, que s’ha implementat recentment esperonat per la informació aportada pels esdeveniments de Sumatra de 2004 i de Tohoku-Oki de 2011. Aquest sistema permet generar avisos de tsunami amb una antelació de 15 a 30 minuts, temps clau per poder fer una evacuació i salvar vides humanes.

Durada: 6’02»

Nivell d’ensenyament: ESO i Batxillerat

Llengua: Anglès

Títol original: Tsunami Warning! Seismic and tsunami phenomena, their measurement, and official response.

Animació: Nathan C. Becker 

Publicat per: The Pacific Tsunami Warning Center (USA)

Enllaç: https://www.youtube.com/watch?v=r3ZCOnDa2Uk

Tsunami Warning! seismic and tsunami phenomena, their measurement, and official response. Animation by Nathan C. Becker. NOAA/NWS/The Pacific Tsunami Warning Center (USA).

https://www.youtube.com/watch?v=r3ZCOnDa2Uk

Simulació del comportament del tsunami associat al terratrèmol de magnitud moment 9.1 de Tohoku-Oki de 2011. El vídeo il·lustra com funciona el sistema d’alerta al Pacífic que possibilita l’alerta de tsunami gràcies al fet que el front d’ones P viatgen a una velocitat 50 vegades més alta que les ones de tsunami més ràpides. En el cas del 2011, l’arribada de les ones P als primers sismòmetres va permetre activar l’alerta d’alta probabilitat de gran tsunami menys de 9 minuts després que es produís el terratrèmol i 19 minuts abans que l’ona de tsunami arribés als primers sensors del nivell marí que no havien estat destruïts pel terratrèmol. L’animació mostra de forma accelerada l’expansió del front d’ones P, i de forma encara més accelerada com les ones de tsunami s’allunyen de la font a través del Pacífic i posteriorment a la resta d’oceans. Al llarg del seu trajecte l’ona de tsunami és afectada per fenòmens de refracció, difracció i reflexió, de manera que es genera un patró complex d’interferències. A causa d’aquests fenòmens, alguns fronts d’ones mostren major amplitud (energia) que d’altres.

La segona meitat del vídeo mostra una repetició del terratrèmol i tsunami, amb un mapa de colors on es representa la màxima amplitud de l’ona de tsunami assolida en cada punt de la superfície oceànica d’acord amb la llegenda. També s’hi observen les trajectòries corbades per refracció dels rajos seguits pels fronts d’ones a través de l’oceà Pacífic. En conjunt, el vídeo mostra la geometria complexa de les ones de tsunami. Aquest tipus de models a escala oceànica simulen força bé el comportament dels tsunamis en regions d’aigües profundes. Actualment, però, no existeixen models suficientment avançats que permetin predir el comportament força més complex de les ones de tsunami quan arriben al litoral i trenquen a la zona supralitoral.