Tsunami!

De tsunami als gevolg van de zeebeving tweede kerstdag voor de kust van Sumatra heeft zelfs in Afrika huisgehouden. Het menselijk leed is enorm. Wat gebeurde er precies in de aardkorst? Hoe loopt een tsunami-golf?

Welke gevolgen ondervonden fauna en flora? Kan het ons ook overkomen?

1 Wat gebeurt er bij botsende aardschollen?

De aardbeving die de recente tsunami opwekte kwam niet volkomen onverwacht. Het gebied rond Indonesië is seismisch heel actief (met aardbevingen en vulkanen) omdat er een aantal aardschollen tegen en langs elkaar wordt geperst. In de geaccepteerde theorie van de platentektoniek wordt de aardkorst beschreven als bestaande uit een beperkt aantal gesteente `platen' (of schollen) van enige tientallen kilometers dik die langzaam schuiven over een taai-stroperige ondergrond. De snelheid bedraagt een paar centimeter per jaar. De platen zijn zelf niet seismisch actief maar vertonen die activiteit alleen aan de contactranden, in de zones waar ze langs of zoals in dit geval over en onder elkaar schuiven (subductie).

Op de plaats waar de Sumatra-beving ontstond schuift de zogenoemde India-plaat onder de Birma-plaat. Bij dit geologisch schuiven bouwt zich, dankzij wrijving en elasticiteit, lange tijd een spanning op die plotseling tot ontlading kan komen (bij het langs elkaar schuiven van stevig op elkaar gedrukte stroeve handen gebeurt hetzelfde). Dat uit zich als een aardbeving. Op tweede kerstdag was dat een zeldzaam zware beving met een kracht van 9.0 op de schaal van Richter.

Bij zo'n beving met een magnitude 9 kan de lengte van het breukvlak wel oplopen tot ruim 800 kilometer en het duurt een tijd voordat langs zo'n enorm vlak een nieuw evenwicht is ingesteld. Dat gebeurt met een serie naschokken die zich bijna altijd volgens een vast patroon voordoen: voor magnitudes, tijdsduur en intervallen bestaan empirische wetten. (Het zou niet gek zijn de lokale bevolking daar op te wijzen.)

De beving was ook bijzonder omdat hij zo ondiep was, de focus (het punt waar de onlading begon) lag naar schatting maar op een diepte van 10 kilometer. Veel gewone aardbevingen beginnen vele tientallen kilometers dieper. Omdat sprake is van subductie mag worden aangenomen dat de lokale oceaanbodem, die er een paar kilometer diep ligt, een vertikale verplaatsing van tientallen meters onderging. Alles bijeen was dit `ideaal' voor het opwekken van een krachtige tsunami.

2 Wat veroorzaakt een tsunami?

Niet alleen zeebevingen veroorzaken vernietigende tsunami's. Alles wat in korte tijd een grote hoeveelheid water verplaatst is daartoe in staat. Met name gaat het om onderzeese aardverschuivingen, vulkaanuitbarstingen (inzakken top of afglijden helling) en de (extreem zeldzame) inslag van kilometers grote meteorieten. Ook hier kunnen de effecten desastreus zijn, maar vaker dan bij zeebevingen spelen ze op lokale schaal. Soms versterken effecten elkaar. De tsunami die op 17 juli 1998 als een tien meter hoge watermuur Papua Nieuw Guinea trof (2.100 doden) had een kracht van maar 7,0 op de schaal van Richter. Maar die bescheiden beving leidde onder water wel tot een aardverschuiving van vier kubieke kilometer.

Vanwege de grote tektonische activiteit (ring van vuur) komen tsunami's in de Grote Oceaan, inclusief aangrenzende zeeën, het vaakst voor. Maar alle oceanen hebben in de loop der tijden vernietigende exemplaren voorbij zien snellen. Speciale vermelding verdient de zeebeving op 1 april 1946 bij het eiland Unimak, behorend tot de Aleoeten (Alaska). Die had een magnitude van 7,8 en de resulterende tsunami verwoestte op Unimak een 30 meter boven zeeniveau gelegen vuurtoren van gewapend beton, de vijf aanwezigen de dood injagend. Ook op Hawaii eistte de golf tientallen mensenlevens. De ramp was de directe aanleiding voor het instellen van het Pacific Tsunami Warning Center in Hawaii, waarbij de meeste landen aan de Grote Oceaan zich hebben aangesloten.

3 Wat maakt een tsunami-golf zo anders?

Een tsunami verschilt hemelsbreed van een gewone golf. Golven in open zee ontstaan meestal onder invloed van de wind. Wat begint met rimpelingen kan uitgroeien tot golven met een lengte (top tot top) van 200 meter en een hoogte van tien meter. Windgolven lopen over het wateroppervlak met snelheden tot 40 km/uur. In dieper water is er niets van te merken.

Hoe anders werkt een tsunami. Bij de zeebeving bij Sumatra werd ter plekke van de honderden kilometers lange breuklijn de totale waterkolom decimeters opgetild. Dat lijkt weinig spectaculair maar schijn bedriegt. Als die waterkolom kilometers hoog is, zoals bij Sumatra, zit in die bescheiden lift een kolossale hoeveelheid energie opgeslagen. Energie die wordt overgedragen aan de tsunami en die ergens heen moet.

Aan het zeeoppervlak is het gevolg van een vertikale beweging van een groot stuk oceaanbodem een golftrein van enkele pieken en dalen. Afhankelijk van de grootte van het in beweging geraakte stuk oceaanbodem, is de golflengte 100 à 400 km. De snelheid van de tsunami-golf hangt af van de waterdiepte (v = ≤gd; g is de zwaartekrachtsversnelling (op aarde 9,8 m/s²) en d de diepte in meters). Voor een diepte van 7 km is de uitkomst 940 km/uur, sneller dan menig vliegtuig, en bij 2 km altijd nog 500 km/uur. De tsunami die een zeebeving op 22 mei 1960 voor de kust van Chili inzette arriveerde binnen een dag in Japan, 17.000 km weg aan de overkant van de Grote Oceaan, en eiste daar een kleine 200 doden (in Chili waren het er 2000).

Een tsunami is geen puntbron, zoals een kiezelsteentje in een vijver. Het gaat vanaf de start om een golf over een front van honderden kilometers. Tijdens de race over het oceaanoppervlak verbreedt die golf zich enigszins, maar in tegenstelling tot de cirkelgolven van een kiezelsteentje smeert de energie niet tot verwaarloosbare proporties uit. En omdat de golflengte zo groot is, soms honderden kilometers, verliest hij onderweg weinig energie. Tussen de passage van twee golftoppen verloopt in de regel een kwartier à een uur: de periode. In combinatie met de geringe hoogte merkt een schip op volle zee niets van een tsunami.

Dat ligt anders aan de kust. Ook al ligt die duizenden kilometers verderop, de tsunami moet nog altijd zijn energie kwijt. Eerst remt de tsunami door toedoen van de geringere diepte af tot enkele tientallen kilometers per uur. Dat geeft een kortere golf die, afhankelijk van het type kust, metershoog kan aanzwellen omdat het achterste stuk van een golfberg het voorste inhaalt. Afhankelijk van de aard van de zeebeving kan zowel een golfdal of golfberg voorop lopen. In het eerste geval trekt de kustlijn zich soms honderden meters terug, waarna de tsunami na een kwartier à een half uur alsnog toeslaat. De aanblik kan die van snel opkomend extreem hoog tij zijn, er kan sprake zijn van een brekende golf en heel soms komt een muur van water aanzetten. De eerste golfberg is niet per se de hoogste. Wrijving en turbulentie van de aanstormende watermassa's laten onverlet dat het gros van de tsunami-energie beschikbaar blijft voor opstuwing van water tegen het vasteland en grootscheepse vernietiging.

4 Hoe reageerden de dieren?

In de internationale media deden de afgelopen weken diverse verhalen de ronde over dieren die naar hoger gelegen gebieden vluchtten ruim voordat de vloedgolf arriveerde. Met name olifanten leken zich bewust van het naderende gevaar. Beschikken deze dieren over een zesde zintuig?

``Altijd maar weer duiken die verhalen op over een zesde zintuig bij dieren'', verzucht de Wageningse etholoog Paul Koene. ``Maar daar is geen enkel bewijs voor. Het ligt meer voor de hand dat olifanten die via de bodem infrageluid kunnen waarnemen de aardbeving eenvoudigweg hoorden aankomen. De gestresste dieren gaan trompetteren en waarschuwen zo ook andere dieren.''

Dat ze de heuvels invluchtten betekent volgens Koene niet dat ze een vloedgolf verwachtten. ``De frequentie van het infrageluid van een aardbeving is zo laag dat het voor olifanten onmogelijk is te bepalen uit welke richting het gevaar komt. Zij rennen gewoon naar een plek waar ze beschutting vinden, het bos, of naar een plek waar ze de omgeving kunnen overzien, de heuvels. Overigens, straathonden zijn massaal weggespoeld.''

In zee zouden walvissen de ramp voorvoeld hebben, en dat uitte zich bijvoorbeeld in massale strandingen van potvissen op de kust van Tasmanië, daags voor de zeebeving. Walvisexperts geloven er echter geen barst van. ``Zulke massastrandingen zijn zo normaal dat er geen directe link is te leggen'', roepen Chris Smeenk (Naturalis) en Ron Kastelein (Seamarco) in koor. Bovendien leven de meeste walvisachtigen in dieper water. Wel zijn twee bultrugdolfijnen in Thailand door de kracht van het water in een oude, ondergelopen mijnput beland, 700 meter van de kust. ``Ze hebben enorm geluk gehad'', zegt Kastelein. ``Het water van het meertje is nu brak en daarin kunnen de dolfijnen het wel even uithouden. Als ze voldoende te eten hebben is er nog genoeg tijd om ze te redden.''

De langs de kust levende diersoorten hebben wel een optater gekregen. Zoals de dugong, de Indische zeekoe. Deze logge grazer leeft in ondiepe zeegrasvelden voor de kust en is zeker slachtoffer geworden van de tsunami. Bioloog Hans de Iongh uit Leiden, die promotie-onderzoek deed aan de dugong, verbaast het niets dat juist dit dier zwaar getroffen is. ``Ook bij cyclonen worden ze meer dan eens over de strandwal heen in de mangrove geworpen. Gelukkig heeft de dudong een wijde verspreiding, van de Indonesische archipel en Australië tot aan de Rode Zee en de Afrikaanse oostkust.''

Ook de koraalriffen in het getroffen gebied hebben mogelijk zeer zware schade opgelopen door het natuurgeweld. ``Op televisiebeelden zag ik veel gebroken koraal, tot puin geslagen door de trekkracht van het water'', zegt Bert Hoeksema, koraaldeskundige verbonden aan museum Naturalis in Leiden, ``Maar het is gevaarlijk om daarop af te gaan. Niettemin denk ik dat de schade groot is.''

Hoeksema is somber over de mogelijkheden voor natuurlijk herstel van het koraal. ``Bij fragmentatie van het koraal is er nog kans dat het weer aangroeit. De losse stukjes haken in elkaar en hechten zich weer vast zodat er een nieuw rif kan worden opgebouwd. Dat duurt dan wel tientallen jaren. Maar waar zich slib ophoopt, is herstel veel moeilijker. Troebel water is dodelijk voor koraaldieren die in symbiose met algen leven. Zonder zonlicht gaat het dood.''

5 Wat zijn de gevolgen voor de landbouw?

``Eerlijk gezegd niet zo veel.'' Deeltijdhoogleraar land- en waterontwikkeling Bart Schultz van het Unesco-IHE in Delft kan er kort over zijn. ``Bij de overstromingen als gevolg van de tsunami gaat het meestal om de eerste kilometer langs de kust, met uitzondering van Atjeh waar de schade wat omvangrijker is. Het gaat nu dus om een smalle strook, waar bovendien vaak helemaal geen landbouw is. Op het totale landbouwareaal van die landen stelt het niet veel voor.''

``Ook het zout dat achterblijft in de bodem vormt waarschijnlijk op de lange termijn geen probleem voor de gewassen . Als het een keer goed regent en dat doet het meestal wel in de tropen ben je het al kwijt.''

6 Valt een tsunami te voorspellen?

Het voorspellen van een tsunami zou neerkomen op het voorspellen van de aardbeving of aardverschuiving die hem opwekt. Dat is niet mogelijk. Wel kan worden aangegeven waar de kans op aardbevingen groot is, in welke type zee vervolgens een gevaarlijke tsunami kan ontstaan en welke kusten kwetsbaar zijn. In de ondiepe Noordzee zou een vanuit IJsland aanstormende tsunami snel worden gedempt. De steile Noorse kust is ongevoelig voor een vloedgolf.

Tsunami-waarschuwingssystemen zijn gebaseerd op de vroege detectie van een tsunami die al in ontwikkeling is. Dat begint met de tijdige detectie van het soort aardbeving dat een tsunami kan opwekken: die moet zijn epicentrum in zee of vlak bij de kust hebben en voldoende krachtig zijn. De drempelkracht ligt bij een magnitude van zo'n 7 of 7,5 op de Richter-schaal (de naschokken rond Sumatra met een kracht van 5 of 6 hadden dan ook geen effect).

Potentieel gevaarlijke aardbevingen zijn praktisch `real time' over de hele wereld te signaleren. Zo had het KNMI al binnen tien minuten na de Sumatraanse beving exacte informatie over het epicentrum en redelijke aanwijzingen over de kracht. Toen ook de traagste seismische trillingen arriveerden (die van de oppervlakte golven) berekende de computer een magnitude 9.0.

In aanvulling op de seismografie gebruikt het Pacific Tsunami Warning System peilstations langs de kust die signaleren wanneer er een vreemde getij-ontwikkeling is. De aangesloten landen hebben een goede `respons infrastructuur' waarin volgens een draaiboek wordt gewerkt. Het kost bijna geen geld om zo'n systeem ook rond de Indische Oceaan op te zetten.

De Amerikaanse oceanografische dienst NOAA experimenteert sinds 1996 met het systeem DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunami's) dat te zijner tijd volautomatisch tegen tsunami's moet waarschuwen. Het systeem steunt op een aantal waterdrukmeters die, soms kilometers diep, op de oceaanbodem liggen en die akoestisch communiceren met drijvende boeien (die de informatie weer doorsturen naar satellieten, enz.). De drukmeters signaleren de minimale drukverandering die een passerende tsunami in de diepte opwekt. De gewone golven met hun korte golflengte worden niet waargenomen. En voor eb en vloed kan worden gefilterd.

7 Kan het ook hier?

In het onwaarschijnlijke geval dat zich in de Noordzee een zeer zware aardschok voordoet zal in het betrekkelijk ondiepe water voor onze kust een vloedgolf ontstaan van minder dan een halve meter hoog. Een grote beving in de veel diepere Atlantische Oceaan (7,5 op de schaal van Richter) veroorzaakt een grotere golf, maar ook in dat geval wordt Nederland beschermd door de relatief ondiepe Noordzee. Alleen op de helling van het 200 kilometer brede Continentaal Plat en langs de oostkust van het Verenigd Koninkrijk neemt de hoogte van de golf toe. Dat concludeerde ir. Wim Bijl in 1993 uit een onderzoek dat hij uitvoerde op opdracht van Rijkswaterstaat. Het Continentaal Plat is de 200 kilometer brede strook rond de kust waar de zeebodem oploopt van zo'n twee kilometer diep tot 200 meter.

De computersimulaties waarop Bijl zich baseert tonen een golf, komend vanuit het noordwesten van de oceaan die deels stukslaat op de kust van Schotland. In de baaien langs de oostkust van het Verenigd Koninkrijk treden golven op van maximaal twee meter. Op Terschelling, in Nederland het kwetsbaarst voor een vloedgolf die vanuit het noorden de Noordzee binnenrolt, zou een tsunami tot minder dan 1,5 meter zijn gereduceerd.

In West-Europa zijn tsunami's een zeldzaamheid. Toch zijn langs de Noordzee de sporen van tenminste één historische tsunami teruggevonden. In veenlagen langs de kust van Schotland is zeezand aangetroffen dat daar volgens Noorse en Britse geologen is gedeponeerd door een vloedgolf van circa vijf meter hoogte. Die tsunami werd een kleine 8.000 jaar geleden mogelijk veroorzaakt door een onderzeese aardverschuiving op circa 100 kilometer ten westen van Noorwegen (het zogeheten Storegga-gebied).

De bekendste `Europese' tsunami verwoestte op 1 november 1755 Lissabon. De achterliggende beving – op enkele honderden kilometers ten zuidwesten van Portugal – was met een kracht van 9 op de schaal van Richter vergelijkbaar met de recente ramp in Azië. Mensen die direct na de beving naar het strand vluchtten en zich veilig waanden, werden alsnog gegrepen door het water. ``Die tsunami zorgde ook voor schade aan de Engelse zuidkust'', zegt Bijl. ``In Nederland bleven de gevolgen waarschijnlijk beperkt tot een schommeling in de havenbekkens. Uit simulaties blijkt dat een tsunami vanuit het zuiden moeilijk het Nauw van Calais kan passeren.''

Ook de oostkust van de Verenigde Staten is kwetsbaar voor een tsunami.Zo publiceerden Steven Ward van de Universiteit van Californië en Simon Day van het University College in Londen in 2001 een scenario waarin een uitbarsting van de vulkaan Cumbre Vieja op het Canarische Eiland La Palma een aardverschuiving veroorzaakt waarbij een flink deel van de vulkaan in zee schuift. De resulterende tsunami zou met gemak de Atlantische Oceaan oversteken en de oostkust van de VS overspoelen (Geophysical Research Letters 28, 2001). Uitbarstingen van de Cumbra Vieja komen zo eens in de 20 tot 200 jaar voor (de laatste was in 1971).

Het scenario van Day en Ward is niet onomstreden. Volgens andere wetenschappers ligt een geleidelijke afbrokkeling van de Cumbre Vieja veel meer voor de hand.

Bijdragen: Dirk van Delft, Karel Knip, Michiel van Nieuwstadt en Sander Voormolen.