Kees Floor, Zenit februari 2012.

Hoe komt het dat tsunami's die een oceaan oversteken, op sommige plaatsen veel schade veroorzaken en op andere nauwelijks merkbaar zijn? Amerikaanse onderzoekers schrijven dat toe aan het optreden van dubbele tsunami's. Na de tsunami van Japan van 11 maart 2011 werd boven de Grote Oceaan voor het eerst de aanwezigheid van zo'n dubbele tsunami gemeten door de radarhoogtemeter van de Frans-Amerikaanse satelliet Jason-1.

Ondiepe, zware aardbevingen aan de randen van de oceaan veroorzaken soms vloedgolven, die immense schade aan kunnen richten. De verwoestende tsunami's van 11 maart 2011 bij Japan (lit. 1) en van 26 december 2004 bij Sumatra (lit. 2 en 3) liggen nog vers in het geheugen. De golf die zich direct na een beving naar het nabijgelegen continent beweegt, bereikt de kust van bijvoorbeeld Honshu, Japan of Atjeh, Indonesië vrij snel, zodat het een moeilijke opgave is betrokkenen tijdig te waarschuwen. Een tsunami beweegt ook van de kust weg, kan een oceaan oversteken en op eilanden onderweg of aan de kusten aan de overzijde van de wereldzee nog aanzienlijke schade veroorzaken. Zo eiste een tsunami na de Chileense aardbeving van 1960, de zwaarst waargenomen beving in de geschiedenis, volgens de Amerikaanse Geologische Dienst USGS 15 uur later 61 slachtoffers in Hawaï; de schade bedroeg daar 75 miljoen dollar. Ondanks een reistijd van 22 uur kwamen er in Japan door diezelfde tsunami nog 138 mensen om bij een materiële schade van 50 miljoen Amerikaanse dollars.
Opmerkelijk is dat de verwoestingen die aan de overzijde van de oceaan worden aangericht, op sommige plaatsen vrij ernstig zijn, terwijl andere kustgebieden de dans lijken te ontspringen. Die grilligheid maakt het moeilijk gericht te waarschuwen voor het gevaar van een aanstormende, verwoestende tsunami en op tijd de juiste gebieden te ontruimen. Om enerzijds in bedreigde gebieden te voorkomen dat een tsunami veel slachtoffers eist en anderzijds kustbewoners elders die weinig te vrezen hebben, te behoeden voor onnodige paniek en economische schade, zouden we wel meer willen weten over de details van het gedrag van de door zware aardbevingen opgewekte vloedgolven.

Dubbele tsunami's
Onderzoekers gingen er al tientallen jaren van uit dat de verwoestende kracht van tsunami's op grote afstand van het epicentrum van een aardbeving het gevolg is van elkaar versterkende tsunamigolven: dubbele tsunami's (merging tsunami's). Kaarten van de Grote Oceaan waarin door computermodellen berekende tsunamihoogtes worden weergegeven, tonen namelijk een ander beeld dan het gelijkmatige, symmetrische, cirkelvormige patroon dat optreedt als er een steen in een vijver is gegooid. Vanuit het gebied in de omgeving van het epicentrum van de aardbeving, waar de hoogte van een tsunami het grootst is, strekken zich als het ware smalle uitlopers van zones met relatief hoge golfhoogtes uit tot ver over de oceaan in de richting van de kusten aan de overzijde. Een dergelijk patroon was bijvoorbeeld zichtbaar na de tsunami's van de aardbevingen van Chili van 22 mei 1960, van Tonga van 3 mei 2006, van Japan van 11 maart 2011 (zie lit. 1 figuur 5) en onlangs nog van Kermadec van 6 juli 2011 (figuur 2). De verstoring van het symmetrische patroon wordt veroorzaakt door de onregelmatige topografie van de oceaanbodem met zijn oceaanruggen, vulkanen en onderzeese gebergten. In de uitlopers van het patroon behoudt een tsunami over grote afstanden zijn verwoestende kracht.
Wetenschappers hebben jaren lang gezocht naar bewijs voor het bestaan van dubbele tsunami's, maar tot voor kort waren er geen metingen die het optreden ervan konden bevestigen.

Figuur 2: berekende maximale hoogten van een tsunami die werd veroorzaakt door een zware aardbeving bij de Kermadeceilanden, Polynesië, in de Grote Oceaan, 6 juli 2011. Vanuit het gebied rond het epicentrum van de aardbeving, waar de hoogte van een tsunami het grootst is, strekken zich als het ware smalle uitlopers van zones met relatief hoge golfhoogtes uit tot ver over de oceaan (Bron: NOAA).	Figuur 3: berekende maximale hoogten van de tsunami die werd veroorzaakt door een zware aardbeving bij Japan, 11 maart 2011. Ook hier zijn uitlopers van zones met relatief hoge golfhoogtes te zien. (Bron: lit.4).

Eerste waarneming
Dat veranderde na de tsunami van 11 maart 2011, die vooral het nabijgelegen Japan trof. Tony Song en collega-onderzoekers van NASA en Ohio State University meldden in december op het herfstcongres van de American Geophysical Union dat ze het bewijs voor het bestaan van dubbele tsunami's hadden gevonden (lit. 4). Hun onderzoek verliep in drie fasen. Eerst bepaalden ze uit de gegevens van 1200 Japanse GPS-stations de precieze bodembewegingen die waren opgetreden. Deze gebruikten ze vervolgens, samen met waarnemingen van in de oceaan drijvende boeien, als invoer voor een oceaanmodel waarmee de tsunami werd nagerekend; hun rekenresultaten zijn afgebeeld als figuur 3. Tenslotte werden de uitkomsten van het oceaanmodel vergeleken met radarmetingen van de hoogte van het zeeoppervlak vanuit satellieten (vergelijk lit. 5).
In de ochtend volgend op de Japanse aardbeving kwamen er drie met een radarhoogtemeter uitgeruste satellieten over: eerst de Europese Envisat, daarna de op het moment van het congres precies tienjarige Frans-Amerikaanse Jason-1 en tenslotte zijn jongere broertje, de Jason-2. Ze brachten met hun ruimteradars verschillende delen van het tsunamifront in kaart. Toevallig was de Jason-1 precies op het juiste moment op de juiste plaats om de dubbele tsunami te kunnen waarnemen, zoals figuur 4 (boven) laat zien.
In de figuur is linksboven de door het oceaanmodel berekende toestand van het zeeoppervlak geplot op het moment dat de Jason-1 over de voorste begrenzing van de tsunami trok, ruim 7,5 uur na de beving. De satellietbaan is weergegeven als een rode lijn; de bewegingsrichting van de satelliet is aangegeven met een rode pijl. Dubbele tsunami's zijn gemarkeerd met zwarte pijlen; ze bevinden zich in de figuur op de plaatsen waar de uitwijkingen van het oceaanoppervlak het grootst zijn, dus waar het donkerste rood wordt gevolgd door het donkerste blauw. De gemeten variaties in zeeniveau zijn aan de rechterzijde grafisch weergegeven in rood; ter vergelijking geven de zwarte lijnen de resultaten van de berekeningen van het oceaanmodel. De midden op de oceaan waargenomen dubbele-tsunamihoogte bedroeg ongeveer 70 centimeter. Ter vergelijking: de banen van de eerder overgekomen Envisat (niet afgebeeld) en de 8 uur en 20 minuten na de beving passerende Jason-2 (figuren onder; satellietbaan links en gemeten oceaanhoogtes rechts in paars) sneden het tsunamifront op posities waar geen sprake was van merging tsunami's; ze registreerden de voor dit geval op open zee normale tsunamihoogten van ongeveer 30 centimeter.
Song en collega's prezen zich zeer gelukkig met hun resultaten: 'Er was een kans van 1 op de 10 miljoen om zo'n dubbele tsunami met satellietwaarnemingen' vast te leggen, zo liet een van hen zich ontvallen. Satellieten volgen namelijk vaste banen en kunnen niet naar locaties gedirigeerd worden waar zich mogelijk interessante verschijnselen voordoen.
De wetenschappers hopen dat hun werk zal bijdragen aan betere en gerichtere tsunamiwaarschuwingen. Oceaanmodellen waaraan dergelijke alarmen worden ontleend, moeten naar hun mening beschikken over de volledige, gedetailleerde topografie van de oceaanbodem en dus niet slechts rekening houden met in de buurt van de kust veroorzaakte effecten. Alleen dan is per kustzone een inschatting te maken van het gevaar voor een verwoestende tsunami.

Literatuur: 1. Floor, K., Tsunami's, Zenit mei 2011. 2. Floor, K., Vloedgolven na zware bevingen, Zenit maart 2005. 3. Floor, K., De tsoenami op satellietbeelden, Zenit april 2005. 4. Song, Y.T. et al., Double Tsunami, Double Destruction: Merging Tsunamis of the 2011 Tohoku-Oki Earthquake Observed Over Open Ocean, AGU Fall Meeting, December 2011. 5. Floor, K. en Floor, G., Radarhoogtemetingen; kaderstukje bij Berlusconibeving in beeld, Zenit september 2009.

Figuur 4: boven: berekende tsunamihoogten op 11 maart 2011, ruim 7,5 uur na de zware aardbeving bij Japan. Rode tinten duiden op een hoogte van 20 centimeter of meer boven het gemiddelde oceaanniveau, blauwe tinten op 20 centimeter of meer eronder. In de figuur is in rood de baan en trekrichting ingetekend van de satelliet Jason-1. De registraties van de radarhoogtemeter op de satelliet zijn rechtsboven weergegeven als rode grafiek; ter vergelijking zien we ook de rekenresultaten van het oceaanmodel in zwart. Dubbele tsunami's bevinden zich in de kaartjes op de plaatsen waar de uitwijkingen van het oceaanoppervlak het grootst zijn, dus waar het donkerste rood wordt gevolgd door het donkerste blauw; ze worden aangegeven met zwarte pijlen. De tsunamihoogte bedraagt op de positie van een dubbele tsunami ongeveer 70 centimeter. Onder: berekende tsunamihoogten 8 uur en 20 minuten na de zware aardbeving bij Japan tijdens de overkomst van de satelliet Jason-2. De satellietbaan links en de hoogtemetingen rechts zijn aangegeven in paars. Waar de satelliet de tsunami kruist bedraagt de tsunamihoogte ongeveer 30 centimeter. (bron: NASA/JPL-Caltech/Ohio State University).