Jordskjelv og tsunamier som naturfare

Kompetansemål i Geofag 1 (LK20)

Elevene skal kunne

• gjøre rede for ulike naturfarer knyttet til geosfæren og hydrosfæren, og vurdere hvordan mennesker kan forebygge og tilpasse seg disse farene
• utforske en naturfare knyttet til geosfæren eller hydrosfæren i et bestemt geografisk område og vurdere risiko ved hjelp av modellering

(Udir, u.å.-b)

Kjerneelementer som dekkes i dette kapitlet:

• Modeller og modellering: «Modeller brukes til å undersøke, forklare og presentere geofaglige prosesser og fenomener.» (Udir, u.å.-a)

• Mennesket i jordsystemene: «Mennesket i jordsystemene handler også om hvordan vi kan forebygge og beskytte oss mot klimaendringer og naturfarer gjennom forskning og forvaltning.» (Udir, u.å.-a)

I dette kapitlet lærer du om

tsunami fra skjelv og fra skred, skadetyper som resonans og likvefaksjon, langtids-, korttids- og tidlig varsling, tsunamivarsling, og fare, eksponering, sårbarhet og risiko med en enkel modell.

Hva tror du?

Oslofjordskjelvet i 1904 ga skader på bygninger i Oslo. Tror du at et like stort skjelv ville gjort mer eller mindre skade i dag? Tenk over svaret mens du leser – vi kommer tilbake til det i delen «Hva om 1904-skjelvet kom i dag?».

Tsunami: skjelv eller skred?

En tsunami (japansk: «havnebølge») er en bølge som settes i gang når et stort vannvolum flyttes brått. Store undersjøiske jordskjelv kan danne slike bølger, og de kan gjøre skade på kyster langt fra selve skjelvet (NGU, u.å.-a). Det skjer ved mange store skjelv der en plate synker under en annen, og havbunnen løftes brått.

En tsunami er ikke én bølge, men en serie bølger som kan komme med flere minutters til over en times mellomrom. Den første bølgen er ikke nødvendigvis den største. Mange omkommer fordi de går ned til stranda igjen etter den første bølgen og blir tatt av en senere og større bølge. Faren kan derfor vare i mange timer (NOAA, u.å.).

Flodbølger i Norge

De historiske flodbølgene i Norge har likevel en annen årsak. De kommer fra skred som treffer en fjord, en innsjø eller sokkelen – ikke fra en plategrense utenfor kysten.

Storeggaskredet gikk for ca. 8150 år siden i Norskehavet, og volumet er vurdert til 2400–3200 km³. En teori er at et stort jordskjelv utløste den første utglidingen. Deretter «spiste» skredet seg bakover, på samme måte som et kvikkleireskred (SNL, u.å.). Storegga var altså sediment som sviktet, og det er ikke noe bevis på at Norge ligger på en plategrense.

Tafjordskredet 7. april 1934 tok 40 liv da fjell raste ut i fjorden og satte opp en flodbølge (NGU, u.å.-b). Les mer om skred og flodbølger i kapitlet Skred.

Hvilke skader gjør jordskjelv?

Det skjer anslagsvis ca. 500 000 jordskjelv i året som kan registreres. Ca. 100 000 av dem merkes, og ca. 100 gjør skade (USGS, u.å.-c). Det er sjelden selve rystelsene som tar liv. De fleste dør når bygninger raser sammen, eller av følgene av skjelvet: skred, brann og tsunami. Hvor store skadene blir, avhenger derfor like mye av samfunnet som av naturen.

Hva avgjør hvor store skadene blir?

Magnituden er viktig, men den er bare én av flere faktorer. Avstanden fra episenteret betyr mye, fordi rystelsene blir svakere jo lenger bølgene går. Dybden betyr også mye, for grunne skjelv gir de kraftigste rystelsene på overflaten. Varigheten spiller inn: Et skjelv som rister i to minutter, sliter mer på bygningene enn et som varer i ti sekunder. Til slutt er grunnen bygningene står på, avgjørende. På bløt leire, sand og oppfylte masser blir rystelsene forsterket, mens fast fjell rister mindre.

Rystelser og bygninger

Rystelsene ødelegger først og fremst bygninger som ikke er laget for å tåle at bakken beveger seg sidelengs. Murbygninger uten armering og tunge betongbygg med svake søyler er mest utsatt. Trehus er lette og fleksible og klarer seg ofte godt. Derfor er byggeskikk og byggeforskrifter det viktigste vernet vi har mot jordskjelv. Samme naturfare kan gi helt ulike følger: Skjelvet på Haiti 12. januar 2010 (magnitude 7,0) rammet en tettbygd hovedstad med svake bygninger og ble en av de mest dødelige katastrofene i moderne tid. Hvor mange som døde, er usikkert: Anslagene varierer mye mellom kildene, og myndighetenes tall er omstridt. Skjelv av samme størrelse i land med strenge byggeforskrifter krever ofte få eller ingen liv (USGS, u.å.-b).

Jordskjelv og resonans

Da et skjelv med magnitude 8,0 rammet Mexicos stillehavskyst 19. september 1985, ble store deler av sentrum i Mexico by ødelagt, selv om byen lå ca. 350 km fra episenteret. Det var særlig bygninger på ca. 6–15 etasjer som kollapset. Sentrum ligger på bløte sedimenter fra en gammel innsjøbunn. De forsterket rystelsene og fikk bakken til å svinge i takt med den naturlige svingefrekvensen til de middels høye bygningene. Når noe blir dyttet i takt med sin egen svingefrekvens, blir svingningene større og større. Det kaller vi resonans (USGS, u.å.-b).

Skred og likvefaksjon

I bratt terreng kan rystelsene utløse jordskred, steinsprang og fjellskred. En mer overraskende skadetype er likvefaksjon (fra latin liquefacere = å gjøre flytende). I vannmettet sand og silt ligger kornene løst mot hverandre, med vann i porene. Når grunnen rister, presses kornene sammen, vanntrykket i porene øker, og kornene mister kontakten med hverandre. Grunnen oppfører seg da som en tykk væske. Bygninger kan synke ned eller velte, og sand og vann kan sprute opp gjennom sprekker. Likvefaksjon ga store skader i Christchurch på New Zealand i 2011 (magnitude 6,2; GeoNet, u.å.) og i havneområdene i Kobe i Japan i 1995 (USGS, u.å.-b).

Brann, tsunami og etterskjelv

Når gassledninger og strømkabler ryker, kan det oppstå branner, og ødelagte vannledninger gjør det vanskelig å slokke dem. Etter skjelvet i San Francisco i 1906 brant store deler av byen i flere dager. Store skjelv under havbunnen kan dessuten sette i gang en tsunami. I Indiahavet i 2004 og i Japan i 2011 var det tsunamien, ikke rystelsene, som tok flest liv (USGS, u.å.-b). Faren er heller ikke over når rystelsene stopper. I timene, dagene og månedene etterpå kommer det ofte etterskjelv, som rammer bygninger som allerede er svekket. Ødelagte veier, bruer og havner gjør det dessuten vanskelig å få fram hjelp.

Jordskjelv i by

DSB (Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap) har analysert et scenario for et kraftig skjelv i Bergen (analysen er fra 2014 og revidert i 2018).

Sveip →

Rull sideveis med piltastene.

Brann, tsunami og etterskjelv

Hendelsesforløp	Tidspunkt	Omfang	Lignende hendelser
Et skjelv med magnitude 6,5 på Øygarden-forkastningen, som går parallelt med kysten vest for Bergen. Det kommer uten forvarsel. Mange skadesteder samtidig i Bergen kommune (ca. 280 000 innbyggere), skred og steinsprang, delvis strømbrudd, ustabile ekomtjenester og problemer med drikkevannet.	Midt på dagen en hverdag i januar	Skjelvet varer i ca. 45 sekunder, og de kraftigste rystelsene i ca. 25 sekunder. Faren for etterskjelv varer i måneder, kanskje år.	Oslofjorden 1904 (magnitude 5,4); Storfjorden, Svalbard 2008 (magnitude 6,2); Christchurch 2011 (magnitude 6,2; GeoNet, u.å.)

DSB anslår i overkant av 300 døde, rundt 500 alvorlig skadde og direkte tap på over 35 milliarder kroner. Sannsynligheten er ca. 3 prosent i løpet av 100 år (DSB, 2019; DSB, u.å.).

Er det mulig å varsle jordskjelv?

Det er vanskelig å varsle jordskjelv. Seismologene kan ofte si hvor det kommer store skjelv, og omtrent hvor ofte, men ikke når det neste kommer. Vi skiller derfor mellom flere typer varsling, og de er svært forskjellige i hvor sikre de kan være.

Langtidsvarsling

Langtidsvarsling er å beregne hvor sannsynlig det er at et område blir rammet av kraftige rystelser i løpet av en viss tid, for eksempel 50 år. Grunnlaget er kataloger over tidligere skjelv, kart over aktive forkastninger og målinger av platebevegelsene. Resultatet er seismiske farekart. De viser for eksempel at faren i Europa er størst i Italia, Hellas og Tyrkia, der Den afrikanske og Den eurasiske platen møtes, og på Island (EFEHR, 2021). Slike kart er grunnlaget for byggeforskriftene. Langtidsvarsling er altså ikke et varsel om at noe skal skje, men en vurdering av sannsynlighet.

Korttidsvarsling

Korttidsvarsling er å varsle at et bestemt skjelv vil komme i løpet av timer eller dager. Det har vist seg nesten umulig. Det mest kjente unntaket er Haicheng i Kina 4. februar 1975 (magnitude 7,3). Dagene før kom det mange små skjelv, myndighetene ba folk forlate husene, og selv om svært mange bygninger ble ødelagt, var antallet døde langt lavere enn det kunne ha blitt. Senere gjennomganger viser at varselet bygde på de mange små forskjelvene, og at det også var en god porsjon flaks (Wang mfl., 2006). Bare halvannet år senere, 28. juli 1976, rammet et skjelv med magnitude 7,6 byen Tangshan uten forvarsel, og ca. 250 000 mennesker døde (USGS, u.å.-d).

Problemet er at de fleste store skjelv ikke har tydelige forskjelv, og at mange svermer av små skjelv aldri blir til noe stort. Et falskt varsel kan koste mye og føre til at folk slutter å stole på varslene. Skjelvet i L'Aquila i Italia i 2009 (magnitude 6,3, over 300 døde) viste dessuten hvor vanskelig det er å snakke om usikkerhet når folk spør om et skjelv er på vei. Ennå finnes det ingen metode som kan korttidsvarsle jordskjelv på en pålitelig måte.

Tidlig varsling – noen sekunder kan redde liv

Det finnes en tredje mulighet: å varsle etter at skjelvet har startet, men før de kraftigste bølgene har nådd fram. Det kaller vi tidlig varsling. Det er mulig fordi signalene i et datanettverk går nesten med lysets fart, mens jordskjelvbølgene går noen kilometer i sekundet. Seismografene nærmest episenteret registrerer de første P-bølgene (se Jordskjelv og jordas indre), datamaskiner anslår raskt magnitude og plassering, og varselet sendes ut til mobiltelefoner, tog og fabrikker før S-bølgene og overflatebølgene kommer. Varslingstiden er bare fra noen sekunder til et minutt, og nærmest episenteret får folk nesten ingen varsel. Likevel rekker vi å bremse tog, stoppe heiser, stenge gassventiler og søke dekning under et bord. Japan har hatt et offentlig system siden 2007, og i California, Oregon og Washington gir systemet ShakeAlert varsler til publikum (USGS, u.å.-a).

Tsunamivarsling

En tsunami går mye saktere enn jordskjelvbølgene. På dypt hav har den en fart på flere hundre kilometer i timen, omtrent som et fly, men det tar likevel timer å krysse et verdenshav. Derfor kan vi varsle tsunamier mye bedre enn jordskjelv. Varslingssentre som Pacific Tsunami Warning Center på Hawaii, opprettet i 1949, bruker seismografer til å oppdage store undersjøiske skjelv, og målebøyer og vannstandsmålere til å bekrefte om det faktisk har oppstått en tsunami (NOAA, u.å.). I 2004 fantes det ikke noe slikt system for Indiahavet, og tsunamien nådde kyster i mange land uten varsel. Etter katastrofen ble det bygd et eget varslingssystem der. Nær kilden hjelper varslene likevel lite, for der kan bølgen komme etter få minutter. Derfor lærer folk i utsatte områder å gå til høyden med en gang hvis de kjenner et kraftig skjelv eller ser at havet trekker seg tilbake.

Fare og risiko

Når vi vurderer jordskjelv som naturfare, skiller vi mellom flere begreper. Fare er hvor sannsynlig det er at bakken rister kraftig et bestemt sted. Eksponering er hvem og hva som befinner seg der: mennesker, bygninger, veier og ledninger. Sårbarhet er hvor godt det som er eksponert, tåler rystelsene. Risiko er de tre satt sammen.

En enkel risikomodell

En modell er en forenklet beskrivelse av virkeligheten som hjelper oss å forstå eller forutsi noe. Risiko kan vi beskrive med en enkel modell: risiko = fare × eksponering × sårbarhet. Modellen viser en viktig sammenheng. Hvis én av faktorene er null, blir risikoen null. Et kraftig skjelv i et ubebodd område gir liten risiko, og et solid bygg kan stå trygt selv der skjelv er vanlige. Det betyr også at vi kan senke risikoen selv om vi ikke kan gjøre noe med faren. Vi kan ikke flytte en forkastning, men vi kan bygge sterkere, la være å legge sykehus og skoler på dårlig grunn, og forberede folk på hva de skal gjøre.

Gjentaksintervall – hvor ofte kommer et stort skjelv?

Seismologer beskriver faren med et gjentaksintervall: hvor mange år det i gjennomsnitt går mellom hvert skjelv av en viss størrelse i et område. NORSAR har anslått at Norge og nærområdene får et skjelv med magnitude 6 omtrent hvert hundrede år, og et med magnitude 7 omtrent hvert tusende år (NORSAR, u.å.-b). Det passer med regelen om at det blir omtrent ti ganger færre skjelv for hvert magnitudetrinn.

Et gjentaksintervall på 100 år betyr likevel ikke at skjelvet kommer hvert hundrede år, som et tog etter rutetabellen. Det er et gjennomsnitt. Hvis gjentaksintervallet er R år, er sannsynligheten for et skjelv i et bestemt år ca. 1/R, og sannsynligheten for minst ett skjelv i løpet av T år er P = 1 − (1 − 1/R)^T.

Selv med et gjentaksintervall på 100 år er sjansen for minst ett skjelv i løpet av 100 år altså bare ca. 63 prosent, ikke 100. Byggeforskriftene (Eurokode 8) dimensjonerer vanlige bygg for rystelser med ca. 10 % sannsynlighet for å bli overskredet i løpet av 50 år, altså et gjentaksintervall på ca. 475 år. Norge fikk slike krav første gang med standarden NS 3491-12 i desember 2004, og den ble i 2010 erstattet av Eurokode 8 med et norsk nasjonalt tillegg (Standard Norge, 2004; Standard Norge, 2021).

Hva om 1904-skjelvet kom i dag?

Oslofjordskjelvet i 1904 hadde magnitude 5,4, episenteret lå mer enn 100 km fra Oslo, og likevel ga det betydelige skader i byen (NORSAR, u.å.-a). NORSAR mener at et tilsvarende skjelv i dag sannsynligvis ville gitt større skader og større samfunnskostnader. Bebyggelsen er tettere og høyere, mange gamle murbygninger tåler rystelser dårlig, og geologien i Oslo-området kan forsterke rystelsene (NORSAR, u.å.-b).

Denne vurderingen kan vi lese ut fra modellen. Faren er omtrent den samme som i 1904, for platebevegelsene og forkastningene har ikke endret seg på hundre år. Det er eksponeringen og sårbarheten som har endret seg. Store deler av Oslo sentrum og områdene langs fjorden ligger dessuten på marin leire og fyllmasser, mens høydedragene består av fast fjell. Løse, bløte masser forsterker rystelsene, og risikoen kan derfor variere mye innenfor kort avstand. Ved å legge kart over hverandre, med registrerte skjelv (NORSAR), løsmasser (NGU), befolkning og bygningstyper, kan vi lage et risikokart som viser hvor risikoen er størst. Slike kart gir ikke et svar med to desimaler, men de viser hvor tiltak gir mest nytte. Du kan bruke den samme tabellen på din egen kommune med jordskjelv.no og NGUs løsmassekart.

En forenklet modell kan gi hver del av et område poeng for hver faktor, fra 1 (lav) til 3 (høy). Poengskalaen er en forenklet undervisningsmodell, ikke en offisiell metode.

Poengene ganges sammen. Hvis én bygningsgruppe forsterkes slik at sårbarheten går fra 3 til 1, blir risikoen i den delen av byen en tredel så stor, mens faren er nøyaktig den samme. Slik viser modellen hvorfor forebygging virker.

Hva modellen ikke viser

Alle modeller er forenklinger, og en modell er aldri bedre enn dataene og antagelsene den bygger på: Magnituden for 1904 er usikker, og grove kategorier som «eldre murgård» skjuler store forskjeller mellom bygninger. Modellen tar heller ikke med følgehendelser som skred, brann og brudd i strøm og vann, som DSB-scenarioet for Bergen viser kan bli de mest krevende. Risikoen er dessuten ikke likt fordelt – de som bor i de eldste og billigste bygningene, eller i land med svake byggeforskrifter, er mest sårbare, slik vi så på Haiti i 2010 og i Tyrkia og Syria i 2023 (USGS, u.å.-b).

Viktige begreper

Tsunami: Serie av bølger som oppstår når et stort vannvolum flyttes, av et undersjøisk skjelv eller av et skred.

Resonans: Svingningene blir større og større når noe dyttes i takt med sin egen svingefrekvens.

Likvefaksjon: Vannmettet sand og silt mister bæreevnen og oppfører seg som en væske når grunnen rister.

Tidlig varsling: Varsel som sendes ut etter at skjelvet har startet, men før de kraftigste bølgene når fram.

Gjentaksintervall: Hvor mange år det i gjennomsnitt går mellom hvert skjelv av en viss størrelse i et område.

Fare, eksponering og sårbarhet: Hvor sannsynlig kraftige rystelser er, hva som befinner seg der, og hvor godt det tåler rystelsene.

Sammendrag

• En tsunami kan komme fra et undersjøisk skjelv eller fra et skred, og kommer ofte som flere bølger. Den første er ikke nødvendigvis den største. De historiske flodbølgene i Norge kom fra skred.
• Det er sjelden selve rystelsene som tar liv. De fleste dør når bygninger raser sammen, eller av skred, brann og tsunami, og skadene avhenger like mye av samfunnet som av skjelvet.
• Vi kan ikke varsle når et skjelv kommer, men langtidsvarsling, tidlig varsling og tsunamivarsling kan redde liv.
• Risiko er fare, eksponering og sårbarhet satt sammen. Vi kan ikke endre faren, men vi kan redusere risikoen med gode bygg og god arealplanlegging.
• Med en enkel risikomodell kan vi vurdere risikoen i et bestemt område, men modellen er aldri bedre enn dataene og antagelsene den bygger på.

Hvordan jordskjelv oppstår og måles, og hva bølgene forteller om jordas indre, kan du lese i kapitlet Jordskjelv og jordas indre.

Test deg selv