El terratrèmol de l'11 de març del 2011 al Japó

Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 39 El e a èmol de l’11 de ma ç del 2011 al Japó Joan Alibe as IES Josep Puig i Cada alch, Ma a ó  Ma ía Luisa A boleya Depa amen de Geologia, Uni a de Geo ec ònica, Uni e si a Au ònoma de Ba celona El ma ç passa un in ens e a èmol a sacseja la cos a o ien al del Japó, p oduin un sunami que a o igina un nomb e mol g an de íc imes i eno mes danys ma e ials. Ve- gem què a succei . Pa aules clau: e a èmol, Japó, magni ud, in ensi a , sunami Què a passa ? Al me idià de G eenwich e en les 5 i 46 minu s de la ma inada de l’11 de ma ç passa quan la Te - a començà a emola mol més o de l’habi ual en un pun si ua a uns 129 km a l’es de Sendai, a Honshu, la g an illa cen al del Japó. Quan enca a no eia un minu que ha ien co- mença , les sacsejades ja a iba en a Fukushima, a 177 km de l’epicen e, i poc desp és a Tokio ( ig 1), a 373 km i a o el país en pocs minu s ( ig. 2). Figu a 1. En egis amen del sisme de Sohoku a la Uni e si a de Tokio. on Figu a 2. P opagació del sisme pel Japó. on Les p ime es mesu es apun a en a una mag- ni ud de 8,9 pe ò uns dies desp és es a conside a de M 9,0. Es ac a a d’un del e a èmols més io- len s que s’hagin en egis a mai ins a a ( ig. 3). Pe ò malg a la iolència, el e a èmol a causa ela i amen pocs danys al Japó, un país p epa a amb cons uccions an isísmiques. Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 40 Figu a 3. El e a èmol de Sohoku és el qua més g an dels que s’han en egis a a o el món des de l’any 1900. on Figu a 4. Ca ell in o ma iu de l’agència me eo olò- gica del Japó. S’hi mos en les di e ències en e la cons ucció que es à p epa ada pe a sismes i la que no ho es à. on Podem e -nos idea de ins a quin pun és o compa an -ho amb el que es p oduí dos mesos desp és, l’11 de maig, a Llo ca (Mú cia), causan g eus des osses amb una magni ud de an sols 5,1. Com que una di e ència de 2 g aus de magni- ud indica mil egades més ene gia, conclou em que el de Llo ca a se ap oximadamen un milió de egades menys ene gè ic. Enca a que la dis ància i la ondà ia no e en les ma eixes, la di e ència en els danys causa s pe les sacsejades només s’ex- plica pe la di e en p epa ació dels edi icis da an del isc sísmic ( ig. 4). Els e ec es del sisme es an mesu a amb ins- umen s, ob enin esul a s di e en s al lla g del pa- ís, òb iamen amb més in ensi a –i capaci a des- uc o a– com més a p op de l’epicen e ( ig. 5). Figu a 5. Mapa d’in ensi a mesu ada amb apa- ells. Com més e mell, més in ensa la sacsejada. L’es ella assenyala l’epicen e i el quad ilà e la zona ap oximada de la up u a. on Pe què a passa ? Si el Japó és un país p epa a com pocs pe a g ans sacsejades sísmiques no és pe casuali a : l’a xipèlag japonès és un a c d’illes olcàniques o - ma pe la subducció de dues plaques ec òniques oceàniques (la del Pací ic i la de les Filipines) so a la placa d’Eu àsia ( igs. 6 i 7). Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 41 Figu a 6. Diag ama mos an el iple pun de coin- cidència de les plaques Eu oasià ica, de les Filipi- nes i del Pací ic. on Figu a 7. Ima ge de Google Maps del Japó i del seu en o n subma í, mos an les osses que indi- quen els lími s de plaques en p océs de subducció. L’his o ial de e a èmols a la zona ens en mos- a una acumulació en una zona que comença a poca ondà ia i es a en onsan a mida que a pe- ne an a so a de la placa on hi ha el Japó. El e a- èmol que ens ocupa, i el conjun de les se es è- pliques, epe eix aques ma eix pa ó ( igs. 8 i 9). To i que la majo ia de e a èmols es p odueixen en els p ime s 200 km de ondà ia, se n’hi han de- ec a ins a p op dels 600 km. L’explicació és que la placa de l’oceà Pací ic es mou cap a l’oes empenyen con a l’eu oasià ica a una eloci a de 8,3 cm pe any, una eloci a so - p enen ac an -se de plaques: a la de San And és, a Cali ò nia, és de 4 cm / any. Això gene a g ans es o ços en e les plaques, de mane a que an a- cumulan ene gia ins que esul a b uscamen alli- be ada du an els sismes. Figu a 8. Secció ans e sal mos an la sismici a en egis ada a la zona pos e io men a l’11 de ma ç del 2011. on Figu a 9. Secció ans e sal de la sismici a al no d del Japó. L’à ea ap oximada de la up u a l’11 de ma ç es à indicada amb una línia blanca, i l’epicen- e –el pun on a comença la up u a– amb una es ella e mella. on La dinàmica de les plaques causa l’acumulació d’es o ços a les o es de placa. Quan els es o ços acumula s són an g ans que supe en el lími que les oques poden aguan a , es p odueix una ac u- a acompanyada de lliscamen en e les dues o es que s’han o ma i com a conseqüència d’aques p océs es p odueix el e a èmol. El mo imen d’una zona de subducció es p odueix al lla g de mol de emps (milions d’anys) i a acompanya de encamen i lliscamen sob e supe ícies de ac u- a (megaenca alcamen s) la o mació de cadascu- na de les quals p o oca un e a èmol. Pe això es no mal que una zona de subducció es enqui mol- es egades al lla g de la se a his ò ia. El e a èmol de Sohoku a se p ecedi pe di- e sos e a èmols més ebles, qua e d’ells no a- bles (en e els quals un de M7,2 i un al e de M6) i o un segui de èpliques (una de les quals, de M7,1) du an els dies pos e io s al e a èmol p in- cipal, men e el e eny ana a assen an -se de nou ( ig. 10). En es dies i mig se’n comp a en més de qua e-cen es i s’es ima que se’n con inua an p o- duin du an dos anys. Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 42 Figu a 10. Seqüència de e a èmols a la cos a no d-es de Honshu en e el 9 de ma ç i el 13 de maig. Al capdamun , el sisme del dia 11. on Figu a 11. Mo imen s ho i zon als mesu a s amb GPS (neg e) i p edi s pels models ( e mell). on Com es a p odui la up u a? El e a èmol p incipal es a inicia en un pun in e io de la e a –el ocus o hipocen e– a 24,4 km de p o undi a . Es ac a, pe an , d’un e a è- mol més a ia supe icial. La up u a en e les dues plaques començà a p opaga -se cap al no d i cap al sud (conc e amen en di ecció 109º espec e del no d). En o al es conside a que la supe ície de up u a a eni una lla gada d’ap oximadamen 300 km i 150 d’amplada, a iban ins als 57 km de on- dà ia. Mesu es pos e io s an mos a que alguns pun s s’ha ien a iba a desplaça 40 me es. Les èpliques, i pe an les up u es pos e io s, an im- plica una ex ensió o ça més g an. Es ac a a, pe an , d’una up u a eno me que –amb la sacsejada co esponen – a du a més de es lla guíssims minu s. Feia 1200 anys que en aquella zona no es p oduïa un e a èmol an o . U ili zan apa ells GPS s’han pogu mesu a els desplaçamen s p oduï s pel sisme: la cos a o ien al de l’illa a se la que més es a desplaça ap oxi- madamen cap a l’es ( ins a uns 3 m) ( ig. 11) i la que més s’en onsà, una mi jana de 50 cm ( ig. 12). Figu a 12. Mo imen s e icals mesu a s amb GPS (neg e) i p edi s pels models ( e mell). on To plega a a iba a p odui impo an s acce- le acions del sòl ( ig. 13), que an posa a p o a l’es abili a de les cons uccions. És no able que en un pun de la p e ec u a de Miyagi s’ob ingués una mesu a de l’accele ació de 2,7 g, un alo ex ema- damen ele a ( aula 1). En aquell pun qualse ol objec e uni al sòl a eb e una o ça que s’acos a a al iple del seu pes. Això sol dóna una idea de les eno mes o ces que han de pode su- po a les cons uccions an isísmiques. accele ació (uni a s g) accele ació (m / s2) esul a s obse ables 0,001 0,01 pe cep ible pe les pe sones 0,02 0,2 les pe sones pe den la e icali a 0,5 5 els edi icis ben dissenya s po- den sob e iu e si el e a èmol és de cu a du ada Taula 1. Exemples dels e ec es d’alguns alo s de les accele acions. L’accele ació del mo imen del sòl es mesu a mi - jançan apa ells (accele òme es). L’accele ació Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 43 màxima del sòl du an un e a èmol (PGA: peak g ound mo ion accele a ion) dóna una mesu a de la in ensi a de la sacsejada en un pun (in ensi a ins- umen al) que p opo ciona esul a s equipa ables a l’escala de Me calli, que es basa en els danys obse ables. Figu a 13. Accele ació màxima del e a du an el sisme exp essada en uni a s g (l’accele ació de la g a e a ). on Pe què aques s mo imen s? L’es o ç en els lími s en e les dues plaques les ha ia ana de o man . La placa pací ica, al ega con a la o a de la placa eu oasià ica, l’ha ia ana comp imin cap a l’oes obligan -la a co ba -se una mica cap amun ( ig. 14a,b). Al p odui -se la up u- a, el con ac e en e ambdues plaques a pode a- llibe a aques es o ç i elaxa -se. Així, la o a de la placa eu oasià ica, en con ac e amb la placa o- ceànica, es mogué ap oximadamen cap a l’es men e la se a supe ície que ha ia esul a co - bada descendia ecupe an en pa la se a o ma o iginal. Això explica el mo imen del sòl de l’illa cap a l’es i el seu en onsamen , més g an com més a p op de l’epicen e. Quina és la elació amb el sunami? Aques s mo imen s de les o es de les plaques al e en, pe an , la posició del ons ma í. Al damun de la ossa, omple a pa cialmen de o ma sob a- da, s’hi acumula un excés d’aigua, empès enlai e pel mo imen del lími de placa ( ig. 14c). Pe al a banda, més cap a l’oes la elaxació de la se a cu - a u a en onsa el ons ma í p oduin -s’hi pe an un en onsamen ela iu de la supe ície del ma . Al co- incidi una dep essió a la supe ície de l’aigua p o- pe a a la cos a, simul àniamen amb una pujada més lluny de e a ( ig. 15), el eequilib i de la su- pe ície oceànica gene a a un mo imen d’aigua cap a ma endins, pe ò ambé un al e de més po- de ós cap a e a, a causa d’un desni ell més g an. Això a se el que a accele a i llança ones i o- nes d’aigua oceànica con a el e a, p oduin el sunami an des uc o que o s hem pogu eu e. Figu a 14. a) Es o ç acumula en e les dues pla- ques ( le xes liles). b) Allibe amen de l’es o ç du- an el sisme i mo imen ( le xes g ogues) del lími de la placa eu oasià ica (en pun eja , la si uació ini- cial). c) De o mació inicial de la supe ície del ma i mo imen del sunami ( le xes bla es). Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 44 Figu a 15. Mapa ap oxima de l’ele ació (en osa) i l’en onsamen (blau) del ons ma í (esque a). Inici d’una simulació del sunami de Sohoku e a pel P o . Takashi Fu umu a. on Es pogué a isa la població sob e el sunami? Si enim en comp e que un sunami ia ja pe l’oceà a una eloci a d’uns 800 km/h, els p ime s llocs de la cos a, com Sendai, an eni menys de 10 minu s pe p epa a -se pe la possible a ibada d’un ( igs. 16, 17 i 18). Figu a 16. El sunami a ança des uin cases a la p e ec u a de Miyagi (AP). on To i que sembla que les ala mes an unciona possiblemen es ac a a d’un emps massa jus pe què o hom pogués a iba a un lloc segu . De e , els se eis de segu e a i ala ma japonesos p e- euen ( ig. 19) un emps de només es minu s pe de ec a els sisme, alo a -ne el isc i eme e, si és el cas, una ale a pe sunami. El sis ema d’ala ma es basa ambé, a més a més dels egis es sísmics, en un complex sis ema de de ecció de sunamis ac ualmen ins al·la al Pa- cí ic i al es à ees. Consis eix en una sè ie d’es a- cions ( ig. 20) epa ides pel ma en pun s ela i a- men p ope s a les cos es. Figu a 17. Compa ació del ma eix lloc en da es di- e en s: a dal , Rikuzen aka a el 29 de se emb e del 2010; i al mig, el 13 de ma ç del 2011; a so a, el co- lo blau indica la zona que esul à de as ada. on Figu a 18. Compa ació d’ima ges de sa èl·li de Fu- ji suka, a Sendai, abans i desp és del sunami. on Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 45 Figu a 19. Seqüència de emps pe a l’emissió d’in- o macions sob e sunamis i sismes. on Figu a 20. De ecció de l’a ibada del sunami de l’onze de ma ç a l’es ació 21418 (a la o o, boia d’u- na es ació semblan ) si uada a 450 milles nàu iques al no d-es de Toquio (al mapa). on Cada es ació del sis ema DART II ( ig. 21) cons- a bàsicamen d’un en egis ado de la p essió ixa en el ons del ma que pe iòdicamen (no malmen cada 15 minu s) eali za mesu es i en ia les se es lec u es mi jançan ones acús iques a una boia lo- an a la supe ície, que s’enca ega d’en ia -les al cen e de con ol ia sa èl·li . Pe ò quan de ec a una al e ació en el i me p e- is de p essions (el i me de les ma ees), comença a eali za mesu es més so in ejades ( ig. 20): cada minu o cada 15 segons. Aques es dades, a egides a p og ames de modeli zació, an possible p e eu e les ca ac e ís iques de la se a p opagació ( ig. 22) ajudan a p e eni iscos. Algunes cu iosi a s pe acaba La sepa ació en e les ones indi iduals en ima - ges com la de la ig. 22 és o ça eal ja que la se a longi ud d’ona a ma obe és de cen ena s de qui- lòme es. Això les dis ingeix de les ones ma ines habi uals. Pe ò... què és el que a eno memen més des uc i es? Figu a 21. Diag ama gene al del uncionamen del sis ema de de ecció de sunamis DART II. on Figu a 22. Modeli zació del sunami de Sohoku e a pe la NOAA. Les ones iguen unes 20 ho es a a - iba a l’A làn ic. on La di e ència clau és que el en posa en mo i- men les p ime es capes de l’aigua i p ou, men e que la es a queda p àc icamen immòbil ( ig. 23a). En can i, en un sunami ( ig. 23b) és p àc icamen Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 46 o a la columna d’aigua la que es mou, anspo an així mol a més quan i a d’ene gia. Com a conseqüència d’un e a èmol, un dels e ec es que po apa èixe és l’anomenada liqüe ac- ció: l’apa ició d’aigua p o inen del subsòl ( ig. 24). Això és degu a la ma eixa causa que a que quan esp emem una esponja molla en su i aigua: la comp essió de la capa eà ica po obliga l’aigua a so i del subsòl pel allà on li sigui possible. Figu a 23. Compa ació en e el mo imen de l’ai- gua en les ones ma ines supe icials (a) i en un su- nami (b). La longi ud d’ona és de l’o d e de me es en el p ime cas i de cen ena s de quilòme es en el segon. Figu a 24. Liqüe acció al pa c cen al de Tòquio. on Com que el mo imen sísmic ha suposa , en conjun , l’en onsamen d’uns ma e ials que s’ha ien ana ele an , la dis ibució de massa de la Te a ha queda al e ada. La conse ació del momen cinè ic exigeix que al disminui el adi de gi d’aques s ma- e ials, la eloci a de gi de la Te a hagi d’aug- men a . És el que ha p o oca una disminució en la lla gada del dia de 1,8 µs. Finalmen , és in e essan cons a a que pocs minu s desp és del e a èmol del Japó els apa ells an en egis a un sob a inc emen en l’oscil·lació del nomb e d’elec ons a la ionos e a sob e de l’illa Honshu ( ig. 25). Es ac a d’un enomen igualmen obse a en g ans e a èmols i que é elació amb la p opagació de les ones in asòniques pe la su- pe ície e es e, que ambé a ib a les di e ses capes de l’a mos e a, sob e o la ionos e a, que és la de meno densi a . Figu a 25. Va iació del nomb e d’elec ons espec- e del alo no mal a la ionos e a, a 300 km d’alça- da, sob e l’illa Honshu. A pa i de les 6, minu s desp és del e a èmol, s’obse a una in ensa os- cil·lació en aques a quan i a . on