Lærdómar af Suðurlandsskjálftunun 2000
Leiðir til að draga úr hættu.
Ragnar Stefánsson
Gunnar B. Guðmundsson
Páll Halldórsson
Þórunn Skaftadóttir
Jarðeðlissviði Veðurstofu Íslands.
Upptök skjálftanna 17. og 21. júní (17 og 21). Norður-suður línur sýna hvar brotaplön skjálftanna skera yfirborð. Stærðir skjálfta eru metnar á afar mismunandi hátt af mismunandi aðilum, enda gefa menn sér mismunandi forsendur, sérstaklega áður en ítarleg rannsókn hefur farið fram. Þetta á sérstaklega við um svokallað Mb (M magnitude) og Mo, vægisstærð. Ms, sem er stærð reiknuð út frá stærstu yfirborðsbylgjum, var 6.6 fyrir báða skjálftana, samkvæmt NEIC, National Earthquake Information Center í Bandaríkjunum, og reiknað út frá fjölda jarðskjálftastöðva um allan heim. Ms stærðirnar eru yfirleitt innbyrðis mjög sambærilegar fyrir stóra og grunna skjálfta. Þess er líka að geta að áætlun á stærð sögulegra íslenskra jarðskjálfta er gerð út frá Ms
Strax í kjölfar skjálftans 17. júní, fór jarðskjálftahrina (rauðir hringir) til vesturs og út eftir Reykjanesskaga, en einnig til norðurs frá Geysissvæðinu og norður undir Langjökul. Jarðskjálfti af stærðinni 4.5 varð vestan Kleifarvatns 5 mínútum eftir fyrsta skjálftann, og olli hann grjóthruni á því svæði.
Líklegasta skýringin á þessu er að á þessum svæðum hafi skorpan víða verið nálægt brotmörkum, og harðar bylgjur frá skjálftanum eða spennubreyting nægt til að koma broti af stað á mörgum stöðum.
GPS-mælir sem Veðurstofan rekur að Vogsósum, sunnan við brotabeltið á Reykjanesskaganum, færðist rúma 2 sentimetra til ASA miðað við Reykjavík, um svipað leyti og skjálftinn varð.
Dýptarsnið af austur-vestur hrinunni ( rauðir krossar) sem fylgdi stóru skjálftunum. Horft er úr suðri. Stóru skjálftarnir 17. og 21. júní eru sýndir með stjörnum.
Eins og sést á myndinni raða þessir litlu skjálftar sér oft á lóðréttar línur. Flestar þessara lína eru hluti af brotaplönum niðri í jarðskorpunni. Eitt af mikilvægustu verkefnum jarðskjálftafræðinnar hér á landi á næstunni er að nýta þessa skjálfta til að kortleggja virkar sprungur niðri í jarðskorpunni út frá smáskjálftunum, en við ráðum nú yfir tækni til að gera þetta með mikilli nákvæmni. Þetta hefur bæði gildi til að reyna að komast að því, hvar líklegast er að stórir skjálftar verði í framtíðinni, og til að finna heitt vatn, sem mjög oft fylgir slíkum sprungum.
Myndin sýnir dýptarsnið eftirskjálfta nálægt brotaplani skjálftans 17. júní, horft frá austri. Út frá þeim má sjá að brotaplanið er 11-12 km langt og nær niður á 10 km dýpi, nokkurn veginn lóðrétt. Sé þetta borið saman við vægi skjálftans, eins og það hefur verið reiknað út frá mælingum á skjálftanum um allan heim, kemur í ljós að meðaltals sniðgengishreyfing skjálftans var u.þ.b. 1.5 metrar, mest nálægt miðju. Brotflötur síðari skjálftans er á sömu forsendum talinn 15 km langur og ná niður á 9 km dýpi, nokkurn veginn lóðrétt, og meðalhreyfingin 1.2 metrar. Í báðum skjálftunum var um hægri handar misgengi að ræða, sem sagt að skorpan austan sprungnanna færðist til suðurs miðað við það sem er vestan þeirra
Að draga úr hættum af völdum jarðskjálfta:
Með fyrirbyggjandi aðgerðum í byggingu mannvirkja og almennt með því að skipuleggja umhverfi okkar með tilliti til jarðskjálftahættu.
Þetta byggist á mati á því hvers konar hreyfingum megi búast við og hvar, mati sem þarf að vera í stöðugri endurskoðun eftir því sem þekkingunni fleygir fram.
II
Með viðvörunum til langs og skamms tíma.
Langtímaviðvaranir eða tímabundið hættumat, sem hafa þann tilgang að auka viðbúnað stjórnvalda, vísindamanna og almennings.
Skammtímaviðvaranir og bráðaviðvaranir sem hafa þann megintilgang að gripið sé til ráðstafana til að koma í veg fyrir manntjón eða truflun á mikilvægum rekstri, áður en jarðskjálfti brestur á (klukkustundir, dagar) og/eða eins fljótt og mögulegt er eftir að jarðskjálfti verður.
III
Grundvöllur alls þessa er:
Eftirlit með jarðskorpunni með fjölbreytilegum og sem samfelldustum mælingum.
Rannsóknir til að fá betri skilning á hreyfingum og spennu í jarðskorpunni.
Nýting mælinga og rannsókna fyrir hættumat og viðvaranir.
Taflan sýnir stærðir og staðsetningar stórra skjálfta á Suðurlandi, hvort tveggja áætlað út frá áhrifasvæði skjálftanna. Þetta var unnið á Veðurstofu, einkum af Páli Halldórssyni, og byggt annars vegar á skýrslum Þorvaldar Thoroddsen og úrvinnslu Sveinbjörns Björnssonar á þeim skýrslum og hins vegar á upplýsingum um Ms skjálftans 1912, sem mældur var á jarðskjálftamælum, sem þá voru komnir til sögunnar. Áður voru skjálftar á Íslandi oft taldir miklu stærri.
Myndin sýnir stærð nokkurra stórrra skjálfta á Íslandi og stefnu brotflatar í þeim. Stefna plötureks er einnig sýnd með örvum, og áætlaðar útlínur möttulstróksins undir Íslandi á 300-400 km dýpi, eru sýndar með fjólubláum lit.
Mesta líkleg hröðun á SV-landi miðað við 500 ára tímabil, gefin upp í prósentum af G, eins og það hefur verið unnið á Veðurstofu. Þetta kort liggur til grundvallar núgildandi byggingarstöðlum, endurskoðuðum ISD13 og Eurocode 8 sem margir eru byrjaðir að nota.
Þessi mynd byggir á áætluðum stærðum sögulegra skjálfta, sem hefur verið breytt í strain-útlausn (útlausn á aflögun eða skælingu), með ákveðinni aðferð. Útlausn eintsakra skjálfta hefur verið dreift út frá áætluðum upptökum, þar sem upptökin eru ekki svo nákvæmlega þekkt. Þessi mynd var grundvöllur þess, að Holtin (n.t.t. vestur lengd 20.3-20.4) og Hestfjallið (n.t.t. vestur lengd 20.7) voru skilgreind fyrir 13 árum sem svæði, þar sem “vantaði stóra skjálfta”, sem sagt líkleg upptök næstu stórskjálfta.
Staðsetning smáskjálfta á Suðurlandsundirlendi frá 1991-1995. Skjálftarnir voru einmitt þéttastir á þeim svæðum þar sem “vantaði stórskjálfta”, og renndi enn frekar stoðum undir þá skoðun að á þessum svæðum væru mestar líkur á næstu stórskjálftum. Reyndar var líka horft til þess að á þessum svæðum væri hugsanlegt að skæling leystist út í miklum fjölda smáskjálfta en án stórra skjálfta. Náttúran hefur nú svarað þessari spurningu, en stóru skjálftarnir s.l. sumar voru nálægt miðbiki þeirra svæða þar sem smáskjálftarnir eru tíðastir.
Upphlaðinn fjöldi skjálfta og upphlaðin strainútlausn (10exp(5+m) þar sem m er stærð skjálfta) í skjálftum í Holtum frá 1991 og fram að 17. júní, 2000. Skjálftavirkni jókst mjög á þessum slóðum frá því snemma árs, 1996. Sérstaklega er þetta áberandi í skjálftum á minna en 5 km dýpi. Líklegt er að þetta stafi af aukinni spennu á svæðinu vegna kvikuinnskota á Vatnajökulssvæðinu, í undanfara gossins í Vatnajökli, sem hófst um mánaðamótin september-október, 1996.
Dýptarsnið af skjálftadreif, annars vegar á tímabilinu 1/7 1991 – 31/12 1995, efri myndin, og hins vegar 1/1 1996 – 16/6 2000.
Virknin er meiri seinni hluta tímabilsins, en áberandi er líka að skjálftarnir eru grynnri á síðara tímabilinu, sem hugsanlega má líta á þannig að þensla neðarlega í jarðskorpunni hafi smám saman verið að færa sig ofar og þannig veikt smám saman viðnám í sprungum á Holtasvæðinu nálægt upptökum skjálftans 17. júní.
Rauða línan sýnir legu misgengissprungunnar þar sem meginfærslan var í skjálftanum 17. júní. Rauðir hringir sýna smáskjálfta sem urðu á tímabilinu 1.-17. júní, fyrir stóra skjálftann. Tiltölulega mikil virkni er þar sem skjálftinn átti eftir að eiga upptök sín, og reyndar meðfram þeirri línu. Staðsetning þessara skjálfta bendir til þess að lítilsháttar hliðrun hafi verið byrjuð á sprungunni eða við hana, áður en skjálftinn reið yfir. Rannsaka þarf ýmislegt í eðli þessara skjálfta, til að kanna á hvern hátt þeir tengjast stóra skjálftanum, og þar með forspárgildi þeirra.
Aðferðir til viðvörunar um stóra skjálfta eru mjög skammt á veg komnar. Við skiljum enn ekki til fulls, hvernig skjálftaspenna vex að því marki að stórir skjálftar leysist úr læðingi. Jarðskjálftamælingakerfið okkar, SIL kerfið, var þróað og byggt upp, annars vegar til að safna gögnum um skjálfta allt niður í stærðina 0 til að rannsaka ferla og aðstæður í jarðskorpunni og undirbyggja með því jarðskjálftaspár í framtíðinni, en hins vegar til þess að nýta þá möguleika sem gæfust hverju sinni til að freista þess
að gefa út viðvaranir, ef slík merki sæjust sem gæfu tilefni til þess.
Við þekkjum það úr okkar jarðskjálftasögu að komi stór skjálfti austan til eða um miðbik Suðurlandsbrotabeltisins, þá eru miklar líkur á að skjálftar fylgi eftir vestar á svæðinu. Eftir langvarandi hlé hefur mikil spenna hlaðist upp, nóg til að hleypa af stað skjálfta einhvers staðar á svæðinu. Útlausn skjálftans breytir svo spennuástandinu í umhverfi sínu, og getur því hleypt öðrum skjálfta af stað á nálægu svæði þar sem spenna var líka nálægt brotmörkum. Það eru meiri líkur á því að þetta gerist vestar á svæðinu af því að þar er brotgjarna skorpan þynnri. (Aðeins 5-12 km, af efsta hluta skorpunnar getur hlaðið upp spennu til langs tíma, og brotnað, sem sagt hin brotgjarna skorpa. Lögin þar fyrir neðan hafa meiri seigju, skælast en brotna síður.)
Strax eftir skjálftann 17. júní, var því bent á að líklegt mætti teljast að skjálfti yrði í kjölfar hans vestar á beltinu, og vísindamenn og Almannavarnir hvöttu fólk til að festa lausamuni svo minni líkur yrðu á því að þeir meiddu fólk ef hugsanlega kæmi til annars skjálfta.
Einnig var rýnt í þann aragrúa smáskjálfta sem kom í kjölfar fyrsta skjálftans, á stóru svæði, til að freista þess að greina hvar annar stór skjálfti kynni að vera að brjótast út. Það kom í ljós að skjálftarnir höfðu tilhneigingu til að raða sér á 11-13 km langt NS svæði við og suður af Hestfjalli, og því talið líklegt að þarna kynni að bresta á annar skjálfti af svipaðri stærð og sá fyrsti.
Það eru líka nokkur dæmi um það að skjálftar fari um Suðurlandsbrotabeltið með hraða nálægt 5 km á dag. Því var haft samband við Almannavarnir ríkisins og Almannavarnir á Árborgarsvæðinu skömmu fyrir miðnætti 19. júní, og þeim ráðlagt að búa sig undir að skjálfti af svipaðri stærð og sá fyrsti eða eitthvað minni gæti brostið á hvenær sem væri, innan skamms. Ekki var ráðlagt að þetta yrði tilkynnt opinberlega. Ekki var heldur ráðlagt að fólk færi úr húsum sínum eða yfirgæfi svæðið. Vissa er ekki mikil í slíkum spám, og hús á Suðurlandi það góð að miklar líkur voru fyrir því að best mundi fara um fólk að það væri áfram á svæðinu.
Næsta glæra sýnir myndina sem send var Almannavörnum eftir að viðvörun var gefin í síma, til að útskýra betur hvar sennilegast væri að umbrot yrðu mest vegna skjálftans.
Þetta kort var sent Almannavörnum í kjölfar samtals þar sem varað var við því að skjálfti af svipaðri stærð og skjálftinn 17. júní kynni að vera yfirvofandi. Líkleg umbrotasvæði eru gefin upp sem grænir ferhyrningar. Líklegast var talið að skjálftinn mundi verða innan eystri og stærri ferhyrningsins. Rauðu línunni var reyndar bætt inn í kortið eftir að skjálftinn varð í reyndinni, og er nákvæmlega í miðju þess svæðis sem talið var líklegasta umbrotasvæðið.
Það er afar mikilvægt að geta sagt fyrir um brotalínu skjálftans, eins og tókst hér, vegna þess að áhrifin og líklegar skemmdir eru langmest, einmitt á nágrenni þess hvar sprungan opnast upp á yfirborðið.
Eftir Suðurlandsskjálftana og úrvinnslu þeirrar reynslu:
Stöndum á margan hátt betur að vígi en áður.
Eldskírn fyrir eftirlitskerfið og grundvöllur endurbóta.
Prófun á niðurstöðum þeirra rannsókna sem þarna hafa farið fram og grundvöllur nýrra fjölbreytilegra rannsókna og bætts hættumats.
Sýnt var fram á mikilvægi skammtímaviðvarana og grunnur lagður til að stórefla sjálfvirkt viðvörunarkerfi okkar og annan viðbúnað.
Verið er að koma í gagnið eftirlitsalgrímum til að fylgjast með þróun jarðskjálftasvæðanna, sem byggjast á ýmsum sjálfvirkum mælingum og úrvinnslu. Hér má sjá tímaferli sem sett var upp til sjálfvirks eftirlits á netinu fljótlega eftir stóru skjálftana s.l. sumar, til að reyna að fylgjast með því hvort breytingar yrðu í vestanverðum Flóa og Ölfusi, sem bent gætu til þess að þar gæti verið að bresta á skjálfti í kjölfar stóru skjálftanna tveggja. Myndin byggir á sjálfvirkum athugunum frá því í ársbyrjun 2000, þótt þetta hafi ekki verið sett af stað fyrr en miklu síðar. Neðri hluti myndarinnar sýnir stærðir skjálfta á tímaás. Efri hlutinn sýnir stefnu mestu láréttrar spennu í útlausn skjálfta, hlaupandi meðaltal 25 skjálfta. Yfirleitt er þessi stefna 40°- 60° til austurs frá norðri. Það kemur fram á þessari mynd að tveimur mánuðum fyrir skjálftana breyttist þessi stefna í að verða 10° og er það yfirleitt enn þá á þessu svæði. Um svipað leyti og þessi stefnubreyting átti sér stað, fækkaði smáskjálftum á svæðinu eins og sést á neðri hluta myndarinnar. Páll Einarsson, prófessor við H. Í. hefur einnig greint frá því að við skoðun eftir á, á vatnssýnum úr borholum á Suðurlandi hafi einnig komið fram breytingar á radoninnihaldi um sama leyti.
Ýmsar fleiri breytingar en þær sem hér hafa verið nefndar komu fram fyrir skjálftana sumarið 2000, sem gætu haft spágildi, en eftir er að rannsaka hugsanleg tengsl þeirra við skjálftana betur.
Myndin sýnir dýptarþversnið á skjálftaupptökum á Suðurlandi frá því 1. janúar 2001. Aðalvirknin er ennþá þar sem Suðurlandsskjálftarnir tveir áttu upptök sín í fyrra (stjörnurnar). Það má segja að enn gjökti í þeim sprungum. Ekki er um meiri háttar samþjöppun á virkni að ræða vestar á svæðinu. En slík virkni gæti verið undanfari stórs skjálfta. Þessar mælingar benda því ekki til þess að skjálfti sé að búa um sig á þessu svæði. En aðstæður gætu breyst mjög fljótt og mikil ástæða til að hafa eftirlit með jarðskjálftasvæðunum.
Unnið er að því á Veðurstofunni að efla eftirlit með jarðskjálftasvæðum landsins, sem og með eldvirkum svæðum. Þetta er gert með þrennu móti:
Með því að gera mælakerfi stofnunarinnar öruggara í rekstri við allar aðstæður.
Með því að nýta niðurstöður nýlegs alþjóðlegs rannsóknarverkefnis, PRENLAB verkefnisins, til að setja í gagnið og prófa ýmis eftirlitsalgrím, sem gætu nýst til að gefa út gagnlegar viðvaranir.
Með þróun nýs bráðaviðvörunarkerfis um jarðvá. Í þessu kerfi er fyrirhugað að nýta nýjustu tækni í upplýsingasamskiptum til að nýta sem hraðast og samnýta fjölbreytilegar upplýsingar og mælingar með það að markmiði að draga úr hættu sem stafað getur af jarðskjálftum eða eldsumbrotum.
Nokkrir mikilvægir þættir úr reynslu þessara skjálfta.
Það er hægt að lifa með Suðurlandsskjálftum. Þeir eru ekki lengur hin kyngimagnaða ógn í hugum fólks, sem best er að ræða sem minnst um. Við getum varist þeim.
Hugmyndir og skilningur jarðvísindamanna um eðli jarðskjálftasvæðisins voru réttar í meginatriðum. Ályktanir sem verkfræðin og húsbyggjendur drógu af þessari þekkingu stóðust líka í meginatriðum. Hvort tveggja, jarðvísindin og tækniþekkingin öðluðust reynslu sem gerir þeim kleift að ná enn þá lengra.
Það tókst að koma á framfæri viðvörunum fyrir seinni stóra skjálftann og ýmis konar öðrum upplýsingum í sambandi við skjálftana, sem fólki fannst vera mikilvægar. Jarðskjálftaviðvaranir eða spár komust á dagsskrá sem raunhæft tæki til að draga úr hættum.
Varðandi framtíðina.
Það geta komið fleiri skjálftar
Við höldum áfram vinnu við að gera okkar mannvirki öruggari, efla byggingarstaðla, velja okkur byggingarstaði betur út frá aðstæðum og leita að veikleikum í eldri mannvirkjum eða undirstöðum þeirra. Við þurfum að nýta reynsluna af 2000 skjálftunum til þessa alls.
Við eflum eftirlitskerfi okkar með jöðinni, bæði til að styrkja viðvörunarþjónustuna og til að safna gögnum til rannsókna á eðli svæðisins.
Við byggjum upp bráðaviðvörunarkerfi til að fullnýta vel og sem hraðast þá þekkingu sem við höfum öðlast til að draga úr hættu sem stafað getur af jarðskjálftum og eldsumbrotum, hvort sem við spáum nú fyrir því eða ekki. Við eflum almannavarnarkerfið og björgunarsveitirnar.
Við eflum rannsóknir til að undirbyggja þetta allt saman. Rannsóknir á eðli jarðskjálfta og annarra brotahreyfinga, kortlagning á sprungum, á yfirborði eða neðanjarðar, rannsóknir á magnandi áhrifum yfirborðslaga, byggingarrannsóknir.