Tsunamis i sjöar

En tsunami är en serie vattenvågor som orsakas av förskjutning av en stor volym inom en vattenkropp, ofta orsakad av jordbävningar eller liknande händelser. Detta kan förekomma i såväl sjöar som hav, vilket utgör ett hot mot både fiskare och kustnära invånare. Eftersom de genereras av en källa nära fält, resulterar tsunamier som genereras i sjöar och reservoarer i en minskad varningstid.

Orsaker

Tsunamirisker i inlandet kan genereras av många olika typer av jordrörelser. Några av dessa inkluderar jordbävningar i eller runt sjösystem, jordskred , skräpflöde, vaggar laviner och glaciärkalvning . Vulkanogena processer såsom gas- och massflödesegenskaper diskuteras mer i detalj nedan. Tsunamier i sjöar är mycket ovanliga.

Jordbävningar

Figur 1: Diagram som visar hur jordbävningar kan generera en tsunami.

Tsunamier i sjöar kan genereras av förskjutning under eller runt sjösystem. Förkastning förskjuter marken i en vertikal rörelse genom omvänd, normal eller sned slagförkastningsprocess, vilket förskjuter vattnet ovanför och orsakar en tsunami (Figur 1). Anledningen till att förkastning inte orsakar tsunamier är att det inte finns någon vertikal förskjutning inom förkastningsrörelsen, bara sidorörelse som resulterar i att vattnet inte förskjuts. I en sluten bassäng som en sjö, kallas tsunamis som den initiala vågen som produceras av koseismisk förskjutning från en jordbävning, och seiche som den harmoniska resonansen i sjön.

För att en tsunami ska kunna genereras krävs vissa kriterier:

  • Behöver förekomma strax under sjöbotten.
  • Jordbävningen är av hög eller måttlig magnitud, vanligtvis över magnituden fyra.
  • Förskjuter en tillräckligt stor volym vatten för att generera en tsunami.

Dessa tsunamier har hög skadepotential eftersom de finns i en relativt liten vattenmassa och är nära en fältkälla. Varningstiden efter händelsen minskar och organiserade nödutrymningar efter tsunamins uppkomst är svåra. På lågt liggande stränder kan även små vågor leda till kraftiga översvämningar. Invånare bör göras medvetna om nödutrymningsvägar i händelse av en jordbävning.

Tahoe sjön

Lake Tahoe från rymden

Lake Tahoe kan vara hotad av en tsunami på grund av felprocesser. Beläget i Kalifornien och Nevada , ligger det inom en intermountain bassäng avgränsad av förkastningar. De flesta av dessa förkastningar finns vid sjöns botten eller gömda i glaciofluviala avlagringar . Lake Tahoe har påverkats av förhistoriska utbrott, och i studier av sjöbottensedimenten har en 10 meter hög scarp förskjutit sjöbottensedimenten, vilket tyder på att vattnet en gång fördrevs, vilket genererade en tsunami. En tsunami och seiche i Lake Tahoe kan behandlas som långa vågor på grunt vatten eftersom det maximala vattendjupet är mycket mindre än våglängden. Detta visar vilken inverkan sjöar har på tsunamivågornas egenskaper, vilket skiljer sig från tsunaminvågornas egenskaper eftersom havet är djupare och sjöarna är relativt grunda i jämförelse. Med tsunamin i havet ökar vågornas amplituder bara när tsunamin kommer nära stranden, men i sjötsunamin genereras vågor i en grund miljö.

Detta skulle få stor inverkan på de 34 000 permanenta bostäderna längs sjön och på turismen i området. Tsunamins upplopp skulle lämna områden nära sjön översvämmade på grund av permanent marksättning som tillskrivs jordbävningen, med de högsta upploppen och amplituderna tillskrivna seicherna snarare än den faktiska tsunamin. Seiches orsakar skador på grund av resonans i vikarna, vilket reflekterar vågorna, där de kombineras för att skapa större stående vågor. Lake Tahoe upplevde också en massiv kollaps av den västra kanten av bassängen som bildade McKinney Bay för cirka 50 000 år sedan. Detta troddes ha genererat en tsunami/ seichevåg med en höjd som närmade sig 330 fot (100 m).

Massflöden under luften

Massflöden under luften ( skred eller snabbt massförlust ) uppstår när en stor mängd sediment blir instabilt, som ett resultat av skakningar från en jordbävning, eller mättnad av sedimentet som initierar ett glidande lager. Volymen av sediment rinner sedan ut i sjön, vilket orsakar en plötslig stor förskjutning av vatten. Tsunamier som genereras av massflöden under luften definieras i termer av att den första initiala vågen är tsunamivågen, och alla tsunamier i termer av massflöden under luften, karakteriseras i tre zoner. En stänkzon eller våggenereringszon är den region där jordskred och vattenrörelser är kopplade och den sträcker sig så långt som skredet färdas. Därefter närfältsområdet, som är baserat på tsunamivågens egenskaper, såsom amplitud och våglängd som är avgörande för prediktiva ändamål. Sedan fjärrfältsområdet, där processen huvudsakligen påverkas av spridningsegenskaper och inte ofta används vid undersökning av tsunamier i sjöar. De flesta sjötsunamier är relaterade endast till närfältsprocesser.

Ett modernt exempel på ett jordskred i en reservoarsjö, som överträffade en damm, inträffade i Italien i samband med Vajont Dam -katastrofen 1963. Bevis finns i paleoseismologiska bevis och andra sedimentära kärnprover om katastrofala stenbrott i jordskredutlösta sjötsunamier över hela världen, inklusive i Genèvesjön under 563 e.Kr.

Nya Zeeland exempel

I händelse av att det alpina förkastningen i Nya Zeeland skulle brista på Sydön , förutspås det att det skulle bli skakningar av ungefärlig storleksordning åtta i städerna Queenstown ( Lake Wakatipu ) och Wanaka ( Lake Wanaka ). Dessa kan möjligen orsaka massflöden under luften som kan generera tsunamier i sjöarna. Detta skulle ha en förödande inverkan på de 28 224 invånarna ( 2013 års folkräkning i Nya Zeeland ) som ockuperar dessa sjöstäder, inte bara i de potentiella förlusterna av liv och egendom, utan även skadorna på den blomstrande turistnäringen, som skulle ta år att återuppbygga.

Otago Regional Council , ansvarig för området, har insett att i en sådan händelse kan tsunamier inträffa i båda sjöarna.

Vulkanogena processer

Satellitbild av sjön Kivu

Tsunamis kan genereras i sjöar av vulkanogena processer, i termer av gasuppbyggnad som orsakar våldsamma sjövoltningar , och andra processer som pyroklastiska flöden , som kräver mer komplex modellering. Sjövolter kan vara otroligt farliga och uppstå när gas, som fångas på sjöns botten, värms upp av stigande magma, vilket orsakar en explosion och frigörande av CO 2 -gas ; ett exempel på detta är Kivusjön. [ citat behövs ]

Kivusjön

Lake Kivu , en av de afrikanska stora sjöarna , ligger på gränsen mellan Demokratiska republiken Kongo och Rwanda , och är en del av East Africa Rift . Som en del av sprickan påverkas den av vulkanisk aktivitet under sjön. Detta har lett till en ansamling av metan och koldioxid på botten av sjön, vilket kan leda till våldsamma limniska utbrott .

Limniska utbrott (även kallade "sjövoltningar") beror på vulkanisk interaktion med vattnet på sjöns botten som har höga gaskoncentrationer, detta leder till uppvärmning av sjön och denna snabba temperaturstegring skulle utlösa en metanexplosion som förskjuter en stora mängder vatten, följt nästan samtidigt av utsläpp av koldioxid. Denna koldioxid skulle kväva ett stort antal människor, med en möjlig tsunami genererad av vatten som fördrevs av gasexplosionen som påverkar alla de 2 miljoner människor som ockuperar Kivusjöns stränder. Detta är otroligt viktigt eftersom varningstiderna för en händelse som en sjövoltning är otroligt korta i storleksordningen minuter och själva händelsen kanske inte ens märks. Utbildning av lokalbefolkningen och förberedelser är avgörande i det här fallet och mycket forskning inom detta område har gjorts för att försöka förstå vad som händer i sjön, för att försöka minska effekterna när detta fenomen inträffar.

En sjövändning i Kivusjön kan ske från ett av två scenarier. Antingen (1) leder upp till ytterligare hundra år av gasackumulering till gasmättnad i sjön, vilket resulterar i ett spontant gasutbrott med ursprung på det djup där gasmättnaden har överskridit 100 %, eller (2) en vulkanisk eller till och med seismisk händelse utlöser en omsättning. I båda fallen resulterar ett kraftigt vertikallyft av en stor vattenmassa i att en plym av gasbubblor och vatten stiger upp till och genom vattenytan. När den bubblande vattenpelaren drar in färskt gasfyllt vatten vidgas den bubblande vattenpelaren och blir mer energisk när en virtuell "kedjereaktion" inträffar som skulle se ut som en vattnig vulkan. Mycket stora vattenvolymer förskjuts, först vertikalt, sedan horisontellt bort från mitten vid ytan och horisontellt inåt till botten av den bubblande vattenpelaren och matar in färskt gasfyllt vatten. Hastigheten på den stigande vattenpelaren ökar tills den har potential att stiga 25m eller mer i mitten ovanför sjönivån. Vattenpelaren har potential att vidgas till långt över en kilometer, i en våldsam störning av hela sjön. Den vattniga vulkanen kan ta så mycket som en dag att utvecklas fullt ut medan den släpper ut uppemot 400 miljarder kubikmeter gas (~12tcf). Vissa av dessa parametrar är osäkra, särskilt hur lång tid det tar att släppa ut gasen och till vilken höjd vattenpelaren kan stiga. Som en sekundär effekt, särskilt om vattenpelaren beter sig oregelbundet med en serie av svallvågor, kommer sjöytan både att stiga med upp till flera meter och skapa en serie tsunamier eller vågor som strålar bort från epicentrum av utbrottet. Ytvatten kan samtidigt rasa bort från epicentrum med hastigheter så höga som 20-40m/sekund, och sakta ner när avstånden från centrum ökar. Storleken på vågorna som skapas är oförutsägbar. Våghöjderna blir högst om vattenpelaren stiger periodiskt, vilket resulterar i att våghöjderna är stora som 10-20m. Detta orsakas av den ständigt skiftande väg som den vertikala kolonnen tar till ytan. Det finns ingen tillförlitlig modell för att förutsäga detta totala omsättningsbeteende. För tsunamiförsiktighetsåtgärder kommer det att vara nödvändigt för människor att flytta till hög mark, minst 20 meter över sjönivån. En värre situation kan uppstå i Ruzizi-floden där en ökning av sjönivån skulle orsaka översvämningar av den brant sluttande floddalen som faller 700 meter till Tanganyikasjön, där det är möjligt att en vattenvägg från 20-50 meter hög kan rasa nerför sjön. klyfta. Vatten är inte det enda problemet för invånarna i Kivu-bassängen; de mer än 400 miljarder kubikmeter gas som släpps ut skapar ett moln som är tätare än luft som kan täcka hela dalen till ett djup av 300 meter eller mer. Närvaron av detta ogenomskinliga gasmoln, som skulle kväva alla levande varelser med sin blandning av koldioxid och metan spetsat med svavelväte, skulle orsaka majoriteten av offer. Invånare rekommenderas att klättra till minst 400 meter över sjönivån för att garantera sin säkerhet. Konstigt nog är risken för en gasexplosion inte stor då gasmolnet bara består av cirka 20 % metan i koldioxid, en blandning som är svår att antända. [ citat behövs ]

Modernt exempel

Askja

Klockan 23:24 den 21 juli 2014, under en period som upplevde en jordbävningssvärm relaterad till det kommande utbrottet av Bárðarbunga , gav en 800 meter bred sektion vika på sluttningarna av den isländska vulkanen Askja . Med början på 350 meter över vattenhöjden orsakade den en tsunami 20–30 meter hög över kalderan, och potentiellt större vid lokala nedslagspunkter. Tack vare den sena timmen var inga turister närvarande; dock observerade sökning och räddning ett ångmoln som steg upp från vulkanen, tydligen geotermisk ånga som släpptes ut av jordskredet. Huruvida geotermisk aktivitet spelade roll i skredet är osäkert. Totalt var 30–50 miljoner kubikmeter inblandade i skredet, vilket höjde kalderans vattennivå med 1–2 meter.

Spirit Lake

Den 27 mars 1980 fick Mount St. Helens ett utbrott och Spirit Lake fick den fulla effekten av den laterala sprängningen från vulkanen. Explosionen och skräplavinen i samband med detta utbrott fördrev tillfälligt mycket av sjön från dess bädd och tvingade fram sjövatten som en våg så hög som 850 fot (260 m) över sjönivån på bergssluttningarna längs sjöns norra strandlinje. Skräplavinen deponerade cirka 430 000 000 kubikmeter (350 000 acre⋅ft) pyroliserade träd, annat växtmaterial, vulkanisk aska och vulkanskt skräp av olika ursprung i Spirit Lake. Avsättningen av detta vulkaniska material minskade sjövolymen med cirka 56 000 000 kubikmeter (45 000 acre⋅ft). Lahar och pyroklastiska flödesavlagringar från utbrottet blockerade dess naturliga utlopp före utbrottet till North Fork Toutle River- dalen vid dess utlopp, vilket höjde sjöns ythöjd med mellan 197 fot (60 m) och 206 fot (63 m). Sjöns yta ökade från 1 300 tunnland till cirka 2 200 tunnland och dess maximala djup minskade från 190 fot (58 m) till 110 fot (34 m).

Riskreducering

riskerna för tsunamier i sjöar är oerhört viktigt för att bevara liv, infrastruktur och egendom. För att riskhantering av tsunamier i sjöar ska fungera med full kapacitet finns det fyra aspekter som måste balanseras och interagera med varandra, dessa är:

  • Beredskap (beredskap för en tsunami i sjön)
    • Utrymningsplaner
    • Se till att utrustning och förnödenheter är i beredskap i händelse av en tsunami
    • Utbildning av lokalbefolkningen om vilken fara de utsätts för och vad de behöver göra i händelse av en tsunami i sjön
  • Svar på tsunamin i sjön
    • Räddningsinsatser
    • Få hjälp i området såsom mat och medicinsk utrustning
    • Tillhandahålla tillfälliga bostäder för människor som har fördrivits.
  • Återhämtning från tsunamin
    • Återupprätta skadade vägnät och infrastruktur
    • Ombyggnad och/eller flytt för skadade byggnader
    • Rensning av skräp och översvämmade markområden.
  • Minskning (planer för att minska effekterna av nästa tsunami)
    • Inrätta markanvändning zonindelning för att ge en buffert för tsunamin, vilket innebär att byggnader inte kan byggas precis vid sjöstranden.

När alla dessa aspekter tas i beaktande och kontinuerligt hanteras och underhålls minskar ett områdes sårbarhet för en tsunami i sjön. Detta beror inte på att risken i sig har minskat, men medvetenheten hos de människor som skulle drabbas gör dem mer beredda att hantera situationen när den inträffar. Detta minskar återhämtnings- och svarstider för ett område, minskar mängden störningar och i sin tur effekten av katastrofen på samhället.

Framtida forskning

Undersökningen av tsunamisfenomen i sjöar för denna artikel begränsades av vissa begränsningar. Internationellt har det gjorts en hel del forskning om vissa sjöar men inte alla sjöar som kan påverkas av fenomenet har täckts. Detta är särskilt sant för Nya Zeeland med en möjlig förekomst av tsunamier i de stora sjöarna som erkänns som en fara, men utan ytterligare forskning avslutad.

Se även

Fotnoter

  • Walder JS, et al. ; 2003; Tsunamier som genereras av massflöden under luften; JOURNAL OF GEOFYSICAL RESEARCH, VOL. 108, NR. B5, 2236, doi : 10.1029/2001JB000707
  • Ichinose GA, et al. ; 2000; Den potentiella faran från tsunami och seichevågor som genereras av stora jordbävningar i Lake Tahoe, Kalifornien-Nevada; GEOFYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL XX, NO. X, SIDOR XXXX-XXXX
  •   Freundt Armin et al. 2007; Vulkanogena tsunamier i sjöar: Exempel från Nicaragua och allmänna konsekvenser; Ren och tillämpad geofysik; ISSN 0033-4553 ,CODEN PAGYAV, Springer, Basel, SUISSE (1964) (revy)
  • Heller, V., Hager, WH , Minor, H.-E. (2009). Jordskred genererade impulsvågor i reservoarer – Grunder och beräkning. VAW Mitteilung 211, Boes, R. ed. ETH Zürich, Zürich