Chapter 7 – Tsunami

• • • • • • • Environmental  Geology   Chapter  7  –  Tsunami     Tsunamis:  The  Japanese  word  for  “large  harbor  waves”,  produced  by  the   sudden  vertical  displacement  of  ocean  water   Can  be  triggered  by  any  rapid  uplift  or  subsidence  of  the  seafloor,  such  as   submarine  earthquake,  landslide,  volcanism,  and  impact  of  asteroid  or  comet   Mega-­‐tsunami,  from  asteroid  impact,  a  wave  about  100  times  higher  than   the  largest  tsunami  produced  by  an  earthquake   Tsunamis  produced  by  earthquakes  are  by  far  the  most  common   Pre-­‐Historic  Tsunami  ~65  Ma  ago  –  Impact  that  killed  dinosaurs  (circum-­‐ Caribbean  tsunami  up  to  300  m  high,  that  ran  inland  over  Gulf  Coast  300   km!)   Historic  Tsunamis   • ~1628  B.C.  -­‐  Santorini  –  volcanic  caldera  collapse  off  coast  of  Greece  –   destroyed  Minoan  civilization   • 1883  –  Krakatau  eruption,  Indonesia  –  ~36,000  deaths  –  ~37  m  (120  ft)   high!   • 1958  –  Lituya  Bay,  AK  –  landslide  into  fjord  produced  wave  over  500  m   high!!!   • 1960  –  M  9.5  quake  in  Chile  caused  tsunami  that  killed  61  in  Hawaii  (11   m  wave  in  Hilo  Bay)   • 1964  –  M  9.2  quake  in  Alaska  caused  tsunami  that  killed  131  in  AK  and  CA   • 2004  –  M  9.1  quake  in  Indonesia  caused  tsunami  that  killed  over  200,000   people  around  Indian  Ocean  basin  (including  some  in  Africa!)   • 2011  –  M  9.0  quake  off  northeast  coast  of  Japan  caused  tsunami  that   killed  over  20,000  along  coast  and  damaged  nuclear  power  plant     Case  History:  Indonesian  Tsunami   • December  26,  2004,  within  a  few  hours,  close  to  250,000  people  were   killed   • With  no  warning  system  in  place   • The  source  of  this  tsunami  was  the  largest  earthquake  on  Earth  in  the   past  4  decades,  magnitude  9.1   • A  large  amount  of  displacement  along  the  thrust  faults  in  the  subduction   zone,  geologists  classify  this  earthquake  as  a  “megathrust  event”     • The  total  length  of  the  rupture  over  1500  km  (930  mi)   • Over  three-­‐quarters  of  the  deaths  were  in  Indonesia   • A  warning  of  a  half  hour  or  so  would  have  been  sufficient  to  move  many   people  from  low-­‐lying  coastal  areas.  The  first  tsunami  wave  took  1  to  2   hours  to  reach  Sri  Lanka  and  India;  7  hours  to  reach  Somalia  on  the  west   coast  of  Africa       • In  Thailand,  a  10-­‐year-­‐old  British  girl  sounded  the  warning  in  time  for   100  people  to  evacuate  a  resort  beach.  In  Sri  Lanka,  a  scientist  recognized   signs  (dramatic  sea  level  change)  and  sounded  the  alarm.  In  Thailand,   elephants,  not  people,  sounded  the  warning  and  saved  lives   Vital  role  of  education  in  tsunami  preparedness     Case  Story:  M  9.0  Quake  –  Japan  (March  11,  2011)   • 5th  largest  quake  ever  recorded   • Occurred  on  convergent  plate  boundary   •  Typical/expected  location  for  such  large  quakes   •  Largest  measured  quake  to  hit  Japan   •  12  million  without  power  in  Tokyo  area   •  Power  plants  shut  down   •  At  least  1  nuclear  plant  with  cooling  problem   •  Best-­‐documented  tsunami  ever   •  Could  end  up  being  the  most  expensive  natural  disaster  of  all  time     • 130  km  off  coast  of  Japan   •  24  km  focal  depth   •  9.0  Magnitude  –  5th  largest  ever  recorded   •  Up  to  10  meter  tsunami  generated   •  May  be  most  expensive  disaster  ever   •  Best-­‐documented  tsunami  by  far   •  Sendai  (~1  million  population)  devastated   •  Hundreds  caught  in  landslide  near  Sendai   • 28  aftershocks  of  magnitude  ≥5.5  in  the  5  hours  following  the  main  quake   Japan’s  nuclear  plant  disaster   • Worst  accident  since  Chernobyl  in  1986   • 2nd-­‐  worst  nuclear  power  accident  ever  (Chernobyl  was  much  worse)   • NOT  caused  directly  by  earthquake   • Loss  of  cooling  of  nuclear  fuel  due  to  power  loss  following  tsunami   • Similar  logistical  problems  at  most  U.S.  plants    involve  powering  of   pumps,  NOT  quake/tsunami  risks   • Possible  exceptions  are    Diablo  Canyon,  CA,  on  coast,  near  San  Andreas   Fault  ,  And  San  Onofre,  CA,  on  coast,  at  very  low  elevation!       How  Do  Earthquakes  Cause  a  Tsunami?   • Cause  a  tsunami  by  movement  of  the  seafloor  and  by  triggering  a  vertical   displacement/  landslide   • M  7.5  or  greater  earthquake  create  enough  displacement  of  the  seafloor   to  generate  a  damaging  tsunami   • A  four-­‐stage  process  that  eventually  leads  to  landfall  of  tsunami  waves     on  the  shore   • • •   • Tsunami  Movement   • When  an  earthquake  uplifts  the  seafloor  close  to  land,  both  distant  and   local  tsunamis  may  be  produced     • Distant  tsunami:  Travels  out  across  the  deep  ocean  at  high  speed  for   thousands  of  kilometers  to  strike  remote  shorelines  with  very  little  loss   of  energy   • Local  tsunami:  Heads  in  the  opposite  direction  toward  the  nearby  land   and  arrives  quickly  following  an  earthquake   • When  the  initial  tsunami  wave  is  split,  each  (distant  and  local)  tsunami   has  a  wave  height  about  one-­‐half  of  that  of  the  original  dome  of  water     • • • • • Landslides  Cause  a  Tsunami   • Submarine  landslides  can  generate  very  large  tsunamis   • Large  rock  avalanches  falling  from  mountains  into  the  sea  can  also   generate  very  large  tsunamis     • 1998,  a  M  7.1  earthquake  triggered  a  submarine  landslide  and  caused  a   tsunami  of  15  m  (50  ft),  leaving  12,000  people  homeless  and  over  2,000   dead   • Lituya  Bay,  Alaska,  in  1958.  The  landslide  set  in  motion  by  a  M  7.7   earthquake  on  a  nearby  fault.  The  huge  mass  of  broken  rock  caused   waters  in  the  bay  to  surge  upward  to  an  elevation  of  about  524  m     (1720  ft)  above  the  normal  water  level   Regions  at  Risk   • All  ocean  and  some  lake  shorelines  are  a  risk  for  tsunamis,  some  coasts   are  more  at  risk  than  others   • Coasts  close  to  a  major  subduction  zone  or  directly  across  the  ocean  basin   from  a  major  subduction  zone  are  at  greatest  risk   • The  greatest  tsunami  hazard  with  return  periods  of  several  hundred   years   • High  risk  regions:  The  Cascadia  subduction  zone,  the  Chilean  trench,  the   subduction  zones  off  the  coast  of  Japan,  parts  of  the  Mediterranean,  as   well  as  the  northeastern  side  of  the  Indian  Ocean     Effects  of  Tsunamis   Primary     • Damage  to  both  the  landscape  and  human  structures  from  resulting   flooding  and  erosion   Secondary   • Fires  may  start  in  urban  areas  from  ruptured  natural  gas  lines  or  from  the   ignition  of  flammable  chemicals   • Water  supplies  may  become  polluted     • Damaged  wastewater  treatment  systems   • Disease  outbreaks   Minimizing  the  Tsunami  Hazard   • Detection  and  warning       • Structural  control       • Construction  of  tsunami  runup  maps       • Land  use  planning   • Probability  analysis       • Education   Detection  and  Warning   For  distant  tsunamis:  Can  be  detected  in  the  open  ocean  and  accurately   estimated  their  arrival  time  to  within  a  few  minutes   • A  tsunami  warning  system  has  three  components:     • A  network  of  seismographs  to  measure  submarine  movements     • Automated  tidal  gauges  to  measure  unusual  rises  and  falls  of  sea  level     • A  network  of  sensors  connected  to  floating  buoys   Structural  Control   • Many  houses  and  small  buildings  are  unable  to  withstand  the  impact  of   an  1  to  2  meter  high  tsunami   • Larger  structures,  such  as  high-­‐rise  hotels  and  critical  facilities,  can  be   engineered  to  greatly  reduce  or  minimize  the  destructive  effects  of  a   tsunami   • The  current  building  codes  and  guidelines  do  not  adequately  address  the   effect  of  a  tsunami  on  buildings  and  other  structures   Tsunami  Runup  Maps   • Shows  the  level  to  which  the  water  traveled  inland   • Before  a  tsunami  strikes,  a  community  can  produce  a  hazard  map  that   shows  the  area  that  is  likely  to  be  inundated  by  a  given  height   • Many  coastal  cities  and  areas  have  produced  tsunami  runup  maps,  and   this  trend  will  undoubtedly  continue   Land  Use  Planning   •The  2004  Indonesian  tsunami  showed  tropical  ecology  played  a  role  in   determining  tsunami  damage   •Villages  spared  from  destruction  were  partly  protected  from  the  energy  of   the  tsunami  by  either  a  coastal  mangrove  forest  or  several  rows  of   plantation  trees  that  reduced  the  velocity  of  incoming  water   •Planting  or  retaining  native  vegetation  could  provide  a  partial  buffer  from  a   small  to  moderate  tsunami  attack   •Don’t  rely  on  land  use  planning,  the  best  and  safest  approach  to  lessen  the   tsunami  hazard  is  quick  evacuation.  Trees  cannot  stop  large  tsunami   Probability  Analysis   •The  risk  of  a  particular  event  may  be  defined  as  the  product  of  the   probability  of  that  event  occurring  and  the  consequences   •Developing  a  probabilistic  analysis  of  the  tsunami  hazard  is  to:   •Identify  and  specify  the  potential  earthquake  sources     •Specify  relationships  that  will  either  attenuate  or  reduce  tsunami  waves     •Apply  probabilistic  analysis  to  the  tsunami  hazard  similar  to  what  is   currently  being  done  for  earthquake  hazard  analysis   •Probabilistic  approach  to  tsunami  hazard  assessment  is  still  being   developed   Education   • The  educational  component  is  of  particular  importance.  Most  people  don’t   even  know  if  a  tsunami  watch  or  warning  is  issued   • In  2005  in  Santa  Barbara,  nothing  was  said  about  the  size  of  the  possible   tsunami,  some  people,  on  hearing  the  notice,  drove  too  far  to  the  top  of  a   nearby  mountain  pass  thousands  of  feet  above  sea  level   • • • • • • • •     • No  plan  for  people  to  directly  observe  the  tsunami,  some  went  to  sea  cliff   and  some  climbed  up  trees,  bad  approaches   • Educate  coastal  residents  and  visitors  as  to  the  difference  between  a   tsunami  watch  and  tsunami  warning   • Tsunami  watch:  An  earthquake  that  can  cause  a  tsunami  has  occurred   • Tsunami  warning:  That  a  tsunami  has  been  detected  and  is  spreading   across  the  ocean  toward  their  area   • Tsunamis  come  in  a  series  of  waves,  and  that  the  second  and  third  waves   may  be  larger  than  the  first  one   Tsunami  Ready  Status   • Establish  an  emergency  operation  center  with  24-­‐hour  capability       • Have  ways  to  receive  tsunami  warnings  from  the  National  Weather   Service,  Canadian      Meteorological  Centre,  Coast  Guard,  or  other  agencies       • Have  workable  ways  to  alert  the  public       • Develop  a  tsunami  preparedness  plan  with  emergency  drills       • Promote  a  community  awareness  program  to  educate  people  concerning   a  tsunami  hazard   Adjustment  to  Tsunami  Hazard(1)   • If  you  feel  a  strong  earthquake  and  are  at  the  beach,  leave  the  beach  and   low-­‐lying  coastal  area  immediately   • If  the  trough  of  a  tsunami  wave  arrives  first,  the  ocean  will  recede.  This  is   one  of  nature’s  warning  signs,  run  from  the  beach   • A  tsunami  may  be  relatively  small  at  one  location,  it  may  be  much  larger   nearby   • Generally  consist  of  a  series  of  waves,  and  there  can  be  up  to  an  hour   between  waves,  stay  out  of  dangerous  areas  until  further  notice     • Coastal  communities,  as  they  gain  tsunami  readiness  status,  will  have   warning  sirens   • Move  away  from  the  beach  to  higher  ground,  at  least  20  m  (60  ft)     • If  you  are  aware  that  a  tsunami  watch  or  warning  has  been  issued,  do  not   go  down  to  the  beach  to  watch  the  tsunami