Kees Floor, Zenit oktober 2011

Een aardbeving op het noordelijk halfrond bij Japan blijkt de vorm te kunnen beïnvloeden van de randen van de ijskap van de zuidpool op meer dan 13000 kilometer afstand. Dankzij radarruimtebeelden van de Europese satelliet Envisat kon onlangs voor het eerst een verband worden aangetoond tussen een tsunami en de vorming van ijsbergen.

Op 13 augustus 1868 werd Arica, destijds in Peru maar tegenwoordig in het noorden van Chili op 18 kilometer van de grens met Peru, opgeschrikt door een zeer zware aardbeving. De beving had een geschatte sterkte van 8,5 tot 9,0 op de schaal van Richter en werd langs de Zuid-Amerikaanse kust gevoeld tot op een afstand van 1400 kilometer. De beving richtte veel schade aan: Arica en verscheidene andere steden werden totaal verwoest, waarbij zo'n 25000 mensen omkwamen. Bovendien veroorzaakte de beving een tsunami met golven tot 16 meter hoogte. De tsunami wierp schepen die voor de kust voor anker lagen, honderden meters het land op. Er was niet alleen tsunamischade langs de Zuid-Amerikaanse westkust, maar ook op Hawaï en in Nieuw-Zeeland. De tsunami bereikte zelfs Japan.
Enkele weken later kwamen Chileense marineofficieren op hun vaartochten voor de tijd van het jaar ongebruikelijk grote aantallen recent afgekalfde ijsbergen tegen in de zuidelijke Grote Oceaan. Zou er een verband zijn met die beving? Zou de tsunami ook Antarctica hebben bereikt en daar aanleiding hebben gegeven tot de vorming van ijsbergen?

Figuur 1 (links): kaart van Antarctica, met daarop onder andere het Ross-ijsplateau. Iets ten oosten daarvan (links ervan in de figuur) ligt het Sulzberger-ijsplateau. Dit gebied was het meest kwetsbaar voor eventuele effecten van de tsunami die werd opgewekt door de aardbeving bij Japan van 11 maart 2011. Als ondergrond van de kaart dient een mozaïek van Antarctica, samengesteld uit talrijke MODIS-beelden. De kleuren op de kaart geven de snelheid aan waarmee het ijs van de ijskap van Antarctica naar de randen beweegt. In het Ross-ijsplateau 'stroomt' het ijs relatief snel; in het Sulzberger-ijsplateau liggen de snelheden veel lager. De kaart, die werd gepubliceerd in augustus van dit jaar, is gebaseerd op meetgegevens van de ruimteradars op Japanse, Europese en Canadese satellieten. (Bron: NASA/JPL en Caltech/UCI). Figuur 2 (boven): registratie van het zeeniveau in de Rosszee bij Antarctica na het optreden van een aardbeving bij Japan op 11 maart 2011. Langs de horizontale as staat de tijd in uren; uur 0 is het moment van de beving. Deze golfregistratie uit het waarnemingsarme gebied geeft vermoedelijk ook een goede indruk van de situatie in de nabijgelegen Sulzberger baai. (Bron: Brunt et al. 2011).

Tsunami 2004: niets te zien
Kelly Brunt van NASA's Goddard Space Flight Center acht dit zeer waarschijnlijk, ook al waren satellietbeelden, getijregistraties en andere waarnemingen die het bewijs zouden kunnen leveren, destijds niet voorhanden. De glaciologe werd nog in haar mening gesterkt nadat ze onlangs, samen met twee aan Amerikaanse universiteiten verbonden collega-onderzoekers, voor het eerst de vorming van ijsbergen na het optreden van een tsunami had kunnen vaststellen. Naar zo'n verband tussen tsunami's en ijsbergen was ze al veel langer op zoek. Na de door een beving bij Sumatra opgewekte tsunami van 26 december 2004 kon ze echter geen verband zien met eventuele afkalving van ijsranden van Antarctica.

Kwetsbaar gebied
Dit jaar had ze meer succes. Direct na de door een beving van 11 maart bij Japan gegenereerde tsunami richtte ze haar blik opnieuw naar het zuiden om te zien of en zo ja op welk moment zich nieuwe ijsbergen hadden gevormd. Het kwetsbare gebied waar je afkalving en de vorming van ijsbergen zou kunnen verwachten, was in dit geval het Sulzberger-ijsplateau, aan de naar Nieuw-Zeeland en de Grote Oceaan toegekeerde rand van Antarctica, net ten oosten (links) van het Ross-ijsplateau (zie kaart, figuur 1). De rand van dit ijsplateau is 160 kilometer breed en bevindt zich 100 kilometer van de kustlijn van het vasteland dat het ijsplateau ondersteunt. De snelheid waarmee het ijs richting oceaan beweegt, is er lager dan in de meeste andere gebieden van Antarctica en is de afgelopen 35 jaar niet of nauwelijks veranderd.
Berekeningen van de manier waarop de tsunami zich over de Grote Oceaan moet hebben voortgeplant, geven aan dat de reistijd naar de rand van het Sulzberger-ijsplateau ruim 18 uur bedraagt. De beving bij Japan deed zich voor om 05.46 UTC; de aankomsttijd bij het Sulzberger-ijsplateau ligt dus rond 00.00 UTC op 12 maart. Ter plekke zijn geen meetgegevens van de waterstanden beschikbaar, maar in de Rosszee staat wel een door Nieuw-Zeeland onderhouden getijstation. De registratie (figuur 2), die de waterstanden toont vanaf het moment waarop de beving bij Japan plaatsvond, maakt aannemelijk dat de tsunami ook de nabijgelegen Sulzberger Baai heeft bereikt.

Bewolking spelbreker
Om te zien of de tsunami gevolgen had voor de afbrokkeling van ijs op Antarctica, gebruikten Brunt en collega's aanvankelijk de vrijwel direct in een resolutie van 250 meter beschikbare satellietbeelden in natuurlijke kleuren van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) op de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua. Op het Sulzberger-ijsplateau is het echter meestal bewolkt, zodat op de meeste MODIS-beelden niet is te zien wat zich aan de randen van het zuidpoolijs afspeelt. Gelukkig was de bewolking er op 13 maart rond 00 UTC net even dun genoeg om erdoorheen een recent afgebrokkelde, 80 meter dikke ijsberg van 6 bij 10 kilometer te kunnen waarnemen (figuur 3). Op eerdere en latere MODIS-beelden liet de bewolking geen doorkijkjes toe, dus definitieve conclusies waren nog niet te trekken.

Figuur 3: MODIS-beeld van het Sulzberger-ijsplateau op Antarctica, 13 maart 2011, 00.00 UTC, ongeveer 24 uur na de aankomst van een door een aardbeving bij Japan veroorzaakte tsunami. Door de bewolking heen is een recent gevormde ijsberg van 6 bij 10 kilometer (ijsberg 1) zichtbaar. (Bron: NASA).	Figuur 4 (muis naast beeld): ASAR-beeld van het Sulzberger-ijsplateau op Antarctica, 11 maart 2011, dus voor de aankomst van de op die dag door een aardbeving bij Japan veroorzaakte tsunami. De vorm van de ijsrand was gedurende minstens 46 jaar niet veranderd. (Bron: ESA/NASA). Figuur 5a (muist op beeld): ASAR-beeld van het Sulzberger-ijsplateau op Antarctica, 16 maart 2011, enkele dagen na de aankomst van de tsunami die afkalving van het ijsplateau veroorzaakte. Er blijkt zich nog een tweede ijsberg (ijsberg 2) te hebben gevormd (Bron: ESA/NASA)	Figuur 5b: ASAR-beeld van het Sulzberger-ijsplateau op Antarctica, 12 maart 2011 (links) en 16 maart 2011, enkele dagen na de aankomst van de tsunami die afkalving van het ijsplateau veroorzaakte. Er blijkt zich nog een tweede ijsberg (ijsberg 2) te hebben gevormd (Bron: ESA/NASA).(Beweeg de witte vertikale lijn heen en weer voor een vergelijking van beide beelden). (groter)

Ruimteradarbeelden
Dat werd anders na het beschikbaar komen van radarbeelden. De ruimteradar, in dit geval de Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) op de Europese satelliet Envisat, verzorgt zelf zijn 'belichting' van het beeld, zodat men niet afhankelijk is van daglicht. Bovendien gooit bewolking geen roet in het eten: de radar kijkt er dwars doorheen. Per dag zijn twee of drie beelden beschikbaar; daardoor kunnen processen die zich op of langs de rand van de ijskap afspelen, goed gevolgd worden. De resolutie van de beelden is ook nog eens beter dan van de MODIS-beelden en bedraagt 30 meter; wel moeten we het doen zonder kleur.
De aandacht gaat uiteraard uit naar de beelden van 11 maart 2011 (figuur 4), de dag van de tsunami, en de dagen daarna (figuur 5). Op 11 maart traden er aan de rand van het ijsplateau geen veranderingen op, ook niet nadat de seismische oppervlaktegolven van de aardbeving Antarctica hadden bereikt. De vorm van de ijsrand is op de beelden van die dag nog precies zo als te zien op 46 jaar oude luchtfoto's van het betreffende gebied uit 1965, die in het bezit zijn van de Amerikaanse Geologische Dienst USGS.
Op het ruimteradarbeeld van 12 maart, dus van na de aankomst van de tsunami, is een nieuwe ijsberg te zien, die ook door MODIS reeds was gedetecteerd (figuur 5b, links). De beelden van de dagen erna laten nog een tweede, kleinere ijsberg zien van 4 bij 7 kilometer (figuur 5a en 5b, rechts). Samen met enkele kleinere ijsbrokken bleek er uiteindelijk ruim 125 vierkante kilometer ijs van het Sulzberger-ijsplateau te zijn afgebrokkeld. De reeks radarruimtebeelden liet ook zien dat er veranderingen waren opgetreden in de snelheid waarmee het achtergebleven ijs zich verplaatst.

In maart, aan het eind van de zomer op het zuidelijk halfrond, komt er op de wateren rond Antarctica weinig of geen pak- en drijfijs voor. Mogelijk kon de tsunami van 2011 daardoor ongestoord zijn gang gaan, in tegenstelling tot de decembertsunami van 2004. Zo kon het gebeuren dat er dit jaar voor het eerst een verband aangetoond kon worden tussen een tsunami en processen langs de randen van het poolijs. De theorie dat de ijsbergen die de Chileense marineofficieren in 1868 na de beving van Arica in de Grote Oceaan zagen drijven, werden veroorzaakt door een tsunami, is tegelijkertijd geloofwaardiger geworden.

Literatuur:
Brunt, K.M. et al. 2011: Antarctic ice-shelf calving triggered by the Honshu (Japan) earthquake and tsunami, March 2011, Journal of Glaciology, 57, No. 205, 785-788.