Det er to spørsmål som er avgjørende for å forstå jordskjelv: Hvordan de begynner – og hvordan de stopper. Det siste spørsmålet er viktig fordi jordskjelvets varighet har mye å si for hvor ødeleggende det er. Dersom forskerne kan forutsi når og hvordan det vil stoppe, kan de også gi mer presise varslinger til dem som blir berørt.
– I California utvikler de et varslingssystem som kan gi deg noen sekunder til å komme deg i dekning, forteller jordskjelvforsker Fabian Barras ved Universitetet i Oslo.
Mer presise varslinger kan være livsviktig. Foreløpig er det vanskelig å varsle skjelv i god tid før de skjer.
Slik starter et jordskjelv
Barras forteller at jordskjelv skyldes spenninger mellom platene som jordens overflate består av. Platene, som på fagspråket kalles tektoniske plater, «flyter» på en bevegelig masse – litt som isflak på et vann. Når den bevegelige massen i jordens indre presser platene mot hverandre, eller drar dem langs hverandre, oppstår en spenning mellom dem.
– Platene sitter sammen som puslespillbiter, så det er vanskelig for dem å bevege seg. Over lengre tid uten jordskjelv bygger det seg opp et stress mellom platene. Når stresset blir så stort at jordskorpen ikke kan motstå det, bryter det sammen. All den elastiske energien som er bygget opp, vil da frigjøres som seismiske bølger, og det er det som forårsaker ødeleggelsene vi ser på overflaten. Sprekken som oppstår, kan knekke en intakt del av jordskorpen eller følge eksisterende brudd, kalt forkastninger, forklarer han.
Barras forteller at jordskorpen ikke er et jevnt materiale. Derfor er det typisk et svakt punkt som brister og forplanter seg videre som en sprekk. Slike svake områder kan være sprekker som har vært dannet under tidligere jordskjelv. Sprekken vil utvikle seg i den retningen som krever minst energi.
– Det kan være litt som steinsprut på et bilvindu, hvor skaden oppstår i ett punkt, og så danner det seg en sprekk som sprer seg videre i materialet, sier han.
Raskere enn lyden
– Sprekken utvikler seg utrolig raskt, ofte flere kilometer i sekundet, sier Barras.
Til sammenlikning er lydens hastighet i luft 340 meter per sekund. En jordskjelvsprekk kan altså utvikle seg om lag ti ganger raskere.
Men selv når sprekkdannelsen har stoppet, er ikke selve skjelvet over.
– Når sprekkdannelsen er over, er det fremdeles seismiske bølger i underjordisk materiale. Disse bølgene kan også bre seg i like høy hastighet og over lengre avstander, sier Barras.
Verst etterpå
Barras forklarer at det er flere typer bølger som dukker opp i et jordskjelv. De ulike bølgene har litt forskjellige egenskaper. Han forteller at bølger som forplanter seg langs jordoverflaten, er de mest ødeleggende.
– Noen ganger føler man jordskjelvets første bølger, men så kommer de mest ødeleggende bølgene etterpå, sier Barras. Det vi føler på overflaten, kan vare lenger enn selve sprekkdannelsen.
Han forteller at jordskjelvvarslinger virker ved at de måler bevegelser i jordens overflate når jordskjelvet starter – og sender en melding slik at flest mulig rekker å komme seg i dekning. Foreløpig er det vanskelig for slike varslingssystemer å forutse varigheten og omfanget av skjelvet. Det vet man først når det er over.
– Men det finnes statistiske metoder som kan forutsi når et jordskjelv stopper, sier han.
Fikk ikke noe varsel: Kun de største byene i Tyrkia har varslingssystemer for jordskjelv
Gir ikke nok informasjon
Ulempen med disse modellene er imidlertid at de er ren statistikk. Derfor kan de bare forutse basert på tidligere hendelser. Statistiske modeller kan ikke forklare hvordan eller hvorfor noe skjer.
I materialvitenskap er det mulig å lage modeller som kan si noe om hvordan sprekkdannelser i et materiale utvikler seg. Da skjer undersøkelsen under kontrollerte forhold hvor egenskapene til materialet er kjent. Slik er det ikke nødvendigvis i jordskjelvområder. Selv om forskerne vet noe om geologien til et område, er det likevel for lav nøyaktighet til å forutse hvordan en sprekk utvikler seg i jordskorpen.
– Vi har en veldig grov forståelse av stresset i et materiale i jordskorpen. Det er vanskelig å vite hva egenskapene til steinmassen langt nede er og hva friksjonen er.
Barras forklarer at å utvikle slike modeller av et jordskjelv er viktig for å forstå prosessen. Han sier at disse modellene ofte krever lengre datatid og mye datakraft. Samtidig kan de statistiske modellene gi et raskere overblikk over jordskjelvets utvikling, men disse modellene gir lite informasjon om hva som påvirker sprekkdannelsen og hvordan jordskjelvet stopper.
Energibalanse er avgjørende
Barras og flere andre forskere har forsøkt å lage en mindre modell. De ville finne ut hvilke faktorer som påvirker at sprekkdannelsen stopper. Kanskje er ikke de ulike typene stein så viktige likevel?
– Målet vårt var å lage en så enkel modell som mulig, som likevel var basert på mekanikken i et jordskjelv, forklarer han.
Han forklarer videre at i deres modell fant de ut at det er to ting som er viktige for å forutsi når og hvordan et jordskjelv stopper.
Det ene kaller han for-spenning. Det er et tall som beskriver hvor mye spenning som har bygget seg opp i jordskorpen. Hvis tallet er én, betyr det at det er så høy spenning at et jordskjelv vil starte. Da har det bygget seg opp nok energi mellom de tektoniske platene til at det kan oppstå en sprekk. Jordskjelvet frigjør den spenningen som har bygget seg opp, og derfor synker tallet til null like etter skjelvet.
– Denne parameteren beskriver hvor mye elastisk energi som har bygget seg opp i materialet og hvor nær det er å briste på ulike steder, sier han.
Den andre faktoren som påvirker når et jordskjelv stopper, er det som kalles «bruddenergi». Det er den energien som trengs for å bryte et materiale. Ulike steintyper og jordsmonn tåler mer spenning før det bryter sammen. For-spenning vil altså si noe om hvor mye energi som har bygget seg opp før jordskjelvet, brudd-energien beskriver hvor mye energi som trengs for å bryte et materiale og utvikle sprekken videre.
– Denne energibalansen kontrollerer hvor, og når, et jordskjelv stopper, sier Barras.
Svinger kan stoppe jordskjelv
Dette påvirker også hvordan sprekken utvikler seg.
– Fra vår modell er det hovedsakelig to scenarioer: Enten stopper det fordi all for-spenningen er frigjort, eller så stopper det på grunn av lokale egenskaper – slik som at forkastningen, og dermed sprekken, endrer retning. Da er det en sjanse for at jordskjelvet stopper der, avhengig av vinkelen, forklarer Barras.
Ved å bygge opp en slik modell så forskerne at resultatene ga omtrent samme svar som det de statistiske modellene gjorde. Det tolker de som en bekreftelse på at denne modellen kan si noe om jordskjelvene.
– Fordelen med denne modellen, sammenlignet med de statistiske modellene, er at vi også får noe innsikt i hvorfor et jordskjelv stopper. I tillegg kan denne modellen brukes i områder hvor vi har mindre statistiske data fra tidligere jordskjelv.
Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no
Lavastrømmen avtar på Island
