Hoe voorspel je een tsunami?

’s Avonds laat op 22 december 2018 overviel een grote golf de kusten van Java en Sumatra. Honderden mensen kwamen om het leven, tienduizenden raakten gewond en bleven dakloos achter. Al snel bleek een in zee gestorte flank van de Indonesische vulkaan Anak Krakatau de veroorzaker van de tsunami, die ondanks de vele seismologische meetstations in de regio, niet was opgemerkt door waarschuwingssystemen.

Ruim een jaar later zijn de seismische gegevens van de aardverschuiving nauwkeurig geanalyseerd, onder meer door wetenschappers uit Indonesië, Japan, China en de Verenigde Staten. Zij publiceerden hun onderzoek op 15 januari in Science Advances.

Zeebeving

Tsunami’s zijn vaak het gevolg van een zeebeving, maar soms ook van een ineenstortende vulkaanflank of een grote hoeveelheid pyroclastisch materiaal dat in zee valt. Het Indonesische waarschuwingssysteem is vooral gericht op tsunami’s uit de eerste categorie: de meetstations detecteren vooral aardbevingen en niet aardverschuivingen.

De onderzoekers denken dat het beter kan. Als de seismografen hadden gelet op de laagfrequente golven die dergelijke verschuivingen produceren dan hadden ze het onheil misschien kunnen zien aankomen. De instabiliteit van de Anak Krakatau was namelijk al langer bekend. Wetenschappers lieten in 2012 zien dat een instorting een tsunami zou kunnen veroorzaken. Zij deden zelfs aanbevelingen om een snelle detectie mogelijk te maken.

Lange golven

De onderzoekers bestudeerden nu de signalen van zesendertig meetstations in Sumatra, Java en Kalimantan, het Indonesische deel van het eiland Borneo. Het Indonesische waarschuwingssysteem registreerde op het moment van de landverschuiving wel een seismische gebeurtenis, maar de signaalsterkte en vorm van de golven die zich door de aardkorst voortbewegen, wezen er niet op dat het een flinke tsunami kon veroorzaken. Dat komt omdat het systeem alleen kijkt naar golven met een hoge frequentie, typisch voor aardbevingen die mogelijk grote schade kunnen veroorzaken.

Analyseer je óók lange golflengten (dus met een lage frequentie), dan is wel degelijk een sterk signaal te zien. „Bij een aardbeving schuurt er in feite steen tegen steen aan, dat produceert hoogfrequente golven. Tijdens een aardverschuiving gaat het om veel zachter materiaal dat in beweging komt, en dat veroorzaakt langere golven”, legt een van de auteurs, Thorne Lay, uit aan de telefoon.

Lees ook Waarschuw je mensen, er komt veel water aan!’

Een bepaalde combinatie van laagfrequente golfsignalen reist sneller door de aardkorst dan andere signalen, en komt zo eerder aan bij een meetstation. En dat vroege signaal van 22 december 2018 stopten Thorne en zijn collega’s in een algoritme dat in 2008 door andere wetenschappers is opgezet om tsunami’s als gevolg van aardbevingen vroegtijdig te kunnen detecteren. Analyse van die golven kunnen de bron van de trillingen onthullen: een aardbeving of -verschuiving. In dit geval wees de signatuur duidelijk op een aardverschuiving, schrijven de onderzoekers.

Een soortgelijke methode wordt al langer gebruikt voor de analyse van aardbevingen, onder andere door de Amerikaanse geologische dienst USGS en het Institut de Physique du Globe in Straatsburg. „Maar ook bij de aardbeving in Turkije van vorige week is deze analyse toegepast,” zegt Rob Govers, geofysicus aan de Universiteit Utrecht. Seismologen in Indonesië zouden dit systeem zo kunnen aanpassen dat ze het ook voor aardverschuivingen kunnen gebruiken.

Techniek én organisatie

Door de berekeningen te automatiseren kan het waarschuwingssysteem volgens de onderzoekers binnen tien minuten bepalen wat de precieze bron is en zo nodig een waarschuwing afgeven. En omdat de eerste kusten op Sumatra en Java een half uur na de landverschuiving werden getroffen, waren er theoretisch nog 20 minuten om mensen te waarschuwen en de stranden te evacueren. Thorne: „Een land als Indonesië heeft te maken met zowel veel aardverschuivingen als aardbevingen. Daarom proberen wij hen aan te moedigen beide fenomenen in hun routine-analyse mee te nemen.”

Een andere manier om tsunami’s vroegtijdig te detecteren is om met druksensoren rond de vulkaan de zeebodem continu te monitoren. Nadeel is dat dit moeilijk te onderhouden is en erg duur om aan te leggen.

Thorne benadrukt dat het op orde hebben van de techniek alleen niet voldoende is. „Alarmen moeten de stranden evacueren en er zijn mensen nodig die weten wat ze op dat moment moeten doen. Het systeem kan er wel zijn, maar het moet dan ook op de juiste manier gebruikt worden.”