ground displacements of the Sendai / Tohoku-Oki earthquake (Japan)

Impressive video of the ground motions during Japan's earthquake. Horizontal motion in blue (left panel) and vertical component in red (right). The movie shows the displacements due to the M9.0 and M7.9 earthquakes in Japan on March 11, 2011 (data, no model!). Each dot/arrow represents a continuous high precision GPS station of which more than 1200 are distributed throughout Japan in a network called GEONET. According to the author (Grapenthin, Alaska Univ.) this is an absolutely unique instrumentation density found nowhere else on the world.

You can distinguish body and surface waves, dynamic slip, and static displacements. Further details and higher resolution video for download at: http://gps.alaska.edu/ronni/sendai2011.html

Visualization: R. Grapenthin, Geophysical Institute, Univ. Alaska Fairbanks.
Data: preliminary GPS positioning solutions provided by ARIA/HPL/Caltech (ftp://sideshow.jpl.nasa.gov/pub/usrs/ARIA). All original GEONET RINEX data were provided to Caltech by the Geospatial Information Authority (GSI) of Japan.

Original scientific paper:

Grapenthin, Ronni; Freymueller, Jeffrey T.
The dynamics of a seismic wave field: Animation and analysis of kinematic GPS data recorded during the 2011 Tohoku-oki earthquake, Japan (from 0530 - 0630 UTC)
Geophys. Res. Lett., Vol. 38, No. 18, L18308
http://dx.doi.org/10.1029/2011GL048405
22 September 2011

Recent documentary on Japan's tsunami (NHK channel)

While focused on personal stories of survival during the tsunami, this video also shows a very comprehensive explanation of the natural causes of the earthquake and the timing of tsunami wave propagation. In Japanese with English subtitles:

There are no mentions to the warnings that came as early as 2001 on evidence for high waves in the region of Tōhoku. I already posted this before, according to Minoura and others studying sediments along the coast in 2001 (Journal of Natural Disaster Science, 23, 83-88):
"The recurrence interval for a large-scale tsunami is 800 to 1100years. More than 1100 years have passed since the Jogan tsunami and, given the reccurrence interval, the possibility of a large tsunami striking the Sendai plain is high. Our numerical findings indicate that a tsunami similar to the Jogan one would inundate the present coastal plain for about 2.5 to 3 km inland.".
Also no mentions to the construction of the Fukushima Nuclear plant right at the coast and ignoring those warnings.

Japan earthquake appears to increase quake risk elsewhere in the country: study

Japan earthquake appears to increase quake risk elsewhere in the country: study: "Japan's recent magnitude 9.0 earthquake, which triggered a devastating tsunami, relieved stress along part of the quake fault but also has contributed to the build up of stress in other areas, putting some of the country at risk for up to years of sizeable aftershocks and perhaps new main shocks, scientists say."

[from http://www.physorg.com]

Fukushima's tsunami was warned in 2001

While there was no historical precedent for a 9.0 earthquake in Tōhoku, there is at least this scientific warning showing that a large tsunami like 2 weeks ago was expectable near Sendai: 

"The recurrence interval for a large-scale tsunami is 800 to 1100years. More than 1100 years have passed since the Jogan tsunami and, given the reccurrence interval, the possibility of a large tsunami striking the Sendai plain is high. Our numerical findings indicate that a tsunami similar to the Jogan one would inundate the present coastal plain for about 2.5 to 3 km inland."

[Source: Minoura et el., 2001, Journal of Natural Disaster Science, 23, 83-88. Academic article pdf here]

.
The Fukushima Nuclear plant is only a few tens of meters away from the ocean, and it was build within the area where these past tsunamis were described, as I show in this image modified from the original paper.

By the way, it is amazing how well this forecast published in that article in 2001 fits the tidal measurements obtained during the tsunami.

The earthquake in Tohoku-Oki earthquake in Sendai inflicted relative little damage through seismic waves (probably due to the good architecture practices) in comparison to the huge looses produced by the tsunami, including the ongoing nuclear unrest in Fukushima.

[interesting update on the Tohoku-Oki earthquake]

Actualización sobre el terremoto y el tsunami - alerta y evacuación

El terremoto principal de Japón (magnitud 9.0) ocurrió el 11 de Marzo a las 14:46:23 JST. El Tsunami fue detectado por primera vez 4 minutos más tarde, en Iwate Kamaishi-oki (~100 km al norte de Sendai) [fuente: gobierno japonés] con estos resultados:
Tsunami inicial:    14:50 JST  Amplitud: -0.3 metros
Tsunami máximo: 15:12 JST  Amplitud:  6.8 metros
JST significa Japan Standard Time (UTC +9; Hora española+8).

Un minuto antes de que el terremoto se sintiera en Tokio, el sistema de alerta japonés envió un aviso a la población. Esto es posible porque las ondas S, que son las más destructivas, viajan a unos 4 km por segundo y por tanto tardaron unos 90 segundos en llegar a la capital. Las ondas más rápidas son menos intensas y en cuanto son detectadas por los sismómetros más cercanos al epicentro, la señal se envia instantáneamente a los sistemas de alerta. Más info sobre ésto aquí.
El tren de ondas mareales que llamamos tsunami se desplaza mucho más lento, típicamente a velocidades de varios cientos de kilómetros por hora. El terremoto de Japón (el movimiento a lo largo de la falla) comenzó a 70 km de la costa, pero la fractura se propagó hacia Japón en apenas segundos, con lo que el tsunami se generó muy cerca de la costa y la alerta de tsunami sólo pudo avanzarse 4 minutos a la llegada de la primera ola. La proximidad del epicentro explica por tanto porqué no hubo tiempo de evacuar la costa antes de la llegada del maremoto.

Desplazamiento del suelo durante el terremoto del 11M en Japón. La estrella indica el lugar donde la ruptura comenzó.

Las autoridades japonesas sólo contaron con la posibilidad de un terremoto de magnitud 7, que en términos de energía sería casi 1000 veces menor que el ocurrido ahora. La Agencia Internacional de la Energía Atómica (AIEA) advirtió hace dos años al gobierno japonés del riesgo de que las centrales nucleares del país no aguantasen terremotos de gran magnitud, según unos cables diplomáticos obtenidos por WikiLeaks y difundidos por The Daily Telegraph.

En el Mediterráneo hay antecedentes de tsunamis de similar importancia, como el ocurrido en Messina (Italia) en 1908. Otras zona sismogénica que podría causar tsunamis es la costa argelina.

Actualización sobre Fukushima

La evolución de las medidas de radiación desde el día 14, difundido por el Gobierno Japonés: http://eq.wide.ad.jp/index_en.html

El eje horizontal indica la fecha, el vertical es la radiación en mSv/hora.


Por tanto las emisiones han descendido estos últimos días. 


Los efectos de la radiación dependen de la cantidad total de radiación recibida acumulada durante un período de tiempo. Así que en un nivel de radiación de 10 mSv por hora, un individuo sin protección podría trabajar durante 10 horas en Fukushima antes de sentir náuseas y otros efectos de la exposición a la radiación aguda. En caso de exposición a largo plazo, la radiación se mide en años y se considera 100 mSv por año como el límite en el que ya se detecta un pequeño aumento del riesgo de cáncer.


Propagación de la pluma radioactiva según el Central Institute for Meteorology and Geodynamics in Vienna [click en imagen para ver animación]:

NHK TV informa de 0,08 mSv / hora a 25 kilómetros al oeste de Fuksuhima, el dia 16. Esto implica 700 mSv por año, que es una dosis grave, pero no tan mala como en un principio parece. Por un lado, la radiación proveniente de Fukushima parece ser esporádica y no debería sostenerse largo tiempo. Además ése calculo simplista solo serviría si un sujeto se quedara en el lugar y a la intemperie durante todo un año. 

En Tokio, el ministerio de ciencia reporta tasas medias de 0,000144 mSv / h por la tarde. Eso es el doble de la tasa de fondo del dia 15 por la tarde, pero no implica ningún riesgo. 

Alerta Nuclear en Japón

Vamos a tener que acostumbrarnos a esta unidad: el Sievert (Sv). Sirve para medir la cantidad de radiación absorbida por los tejidos biológicos. A partir de 0.1 Sv se empiezan a detectar síntomas leves. 10 Sv es la cantidad de radiación recibida letal. En el artículo de Nature citado abajo se mencionan medidas de hasta 11 mSv/h, es decir 0.011 Sv por cada hora. Sin embargo, estas radiaciones están ahora descendiendo.

• Ejemplos de dosis puntual (de Wikipedia):
• A menos de 16 km del accidente Three Mile Island: 0.08 mSv; max: 1 mSv
• Mamografía: 3 mSv
• Escáners CT (cerebro y tórax): 0.8–18 mSv
• Ejemplos de dosis horaria:
• Máximo medido en Fukushima: 400 mSv/hr. 
• Chernobyl poco después de la explosión: 10–300 Sv/hr
• Ejemplos de dosis anual:
• Radiación natural a nivel del mar: 0.2-50 mSv/year
• Radon en un hogar promedio: 2 mSv/year
• Límite para trabajadores en centrales: 20 mSv/year
• Límite mínimo cancerígeno: 100 mSv/year
• Dosis durante una vida completa:
• Criterio para la relocalicación de población en Chernobyl: 350 mSv

Una visión experta (Nature) del escape radiactivo en Fukushima indica que los niveles de radiación no son de momento peligrosos (2011-03-15).

Otra explicación sobre la alarma nuclear en Japón (Dr. Josef Oehmen, del MIT), ésta más detallada y tranquilizadora, válida aunque ya tiene más de dos días, traducida en el blog de Arturo Quirantes Sierra.

Otra explicación del César Molins (físico nuclear), en El País.

Lo dejo por hoy con un vídeo con la localización de los terremotos en los días alrededor del 11M:

FAQ sobre el terremoto de Japón

¿Porqué no hubo tiempo de evacuar la costa antes de la llegada del tsunami?
Los tsunamis pueden viajar a velocidades de muchos cientos de kilómetros por hora. El terremoto de Japón ocurrió a sólo 70 km de la costa, con lo que la alarma sólo pudo avanzarse unos minutos a la llegada de la marea. Exactamente 4 minutos en la costa más cercana al epicentro, eso es lo que tardó la primera ola en llegar  [fuente: gobierno japonés]. La grande llegó a los 26 minutos . La alarma de tsunami tiene más margen para las zonas más apartadas del epicentro. La alarma de terremoto es aún menos eficaz porque la velocidad de las ondas sísmicas es de varios kilómetros por segundo (dependiendo del tipo de roca), pero aún así un sistema eficaz puede permitir detener trenes de alta velocidad antes de su llegada, por ejemplo. 


¿Puede predecirse un terremoto?
No. Todavía no existe ningún método que permita predecir cuando va a producirse el siguiente sismo. Se pueden hacer buenos pronósticos estadísticos en base a la frecuencia histórica de terremotos, pero éstos sólo indican la probabilidad de que se produzca un movimiento de cierta magnitud en un plazo de tiempo dado. 


¿La magnitud de un terremoto determina su peligro?
No, determina la energía liberada durante el terremoto, que sólo es uno entre muchos factores, el que más fácilmente pueden medir los geofísicos. Otros factores como la profundidad a la que se produce, el tipo de suelo, la frecuencia con la que se produce esa magnitud sísmica, etc, determinan el peligro sísmico. Y para calcular el riesgo sísmico (los daños potenciales) deben tenerse en cuenta  otros factores antrópicos como la densidad de población, tipo de construcción, etc.


¿Las réplicas son también peligrosas?
Si. En los primeros 150 minutos después del terremoto de magnitud 9.0, el USGS ha registrado nueve eventos de magnitud superior a 6, incluyendo uno de magnitud de 7,1. Esta réplica podría ser suficientemente grande como para generar un tsunami por sí misma. La regla que suele funcionar es que la mayor réplica sea típicamente una unidad menor en magnitud, por lo que una réplica de 7.5 podría ocurrir todavía.


Ya que los terremotos resultan del movimiento de las placas tectónicas, ¿podemos saber cuánto se movió Japón durante el terremoto?
Si. En base a medidas de GPS de alta precisión, la isla se desplazó hasta 4 metros (hoy martes también explicado en El País) hacia el este, especialmente en la zona más cercana a Sendai y al epicentro. La placa pacífica se desplaza hacia el oeste y subduce bajo Japón, arrastrando y 'doblando' la placa superior (Japón) en su camino; los terremotos en esa zona se producen por la fricción entre ambas placas cuando esa placa superior recupera su posición natural reduciendo los esfuerzos que soporta, 

Terremoto en Japón

La magnitud del terremoto de Japón ha sido revisada de 8.8 a 9.0, según la Agencia Meteorológica Japonesa. Esto lo situaría en el 4º de los registrados, en términos de energía liberada. Aunque la policía japonesa comienza a hablar de entre miles a decenas de miles de víctimas mortales, se trata de un número reducido teniendo en cuenta la alta densidad de población de la región y la circunstancia del tsunami. La excelente preparación del país (en ciencia, arquitectura y logística) para este fenómeno parece haber salvado muchísimas más vidas. Terremotos recientes de menor magnitud han producido mayor número de víctimas en circunstancias parecidas. Por ejemplo, el terremoto de 1923 en Japón tuvo una magnitud de 7.9, aproximadamente 1 grado menos que el de anteayer (es decir, liberó 30 veces menos energía), mientras que perecieron entre 100,000 y 150,000 personas. Aunque los efectos de un terremoto (riesgo sísmico) dependen de otros muchos factores aparte del peligro sismico (como la densidad de población, los tipos de construcción, o la hora a la que ocurre el terremoto), sí parece que en Japón la ciencia y la buena organización han ganado una batalla a la naturaleza. De momento.
Dejo dos videos para ilustrarlo:

El terremoto:

Y el tsunami:

Desde Japón

Relato de ayer (2011-03-11) de Juan Manuel García Ruiz, cristalógrafo y geólogo español atrapado en Sendai donde llevaba unas semanas investigando. El texto fue enviado desde un movil ayer (día del terremoto principal de magnitud 8.9) y no está corregido. La foto la tomó el autor hoy sábado 12 al regresar la electricidad a su casa, para celebrar la victoria sobre la naturaleza:

Recientemente hemos asistido a una serie de terribles catástrofes naturales: Haiti, Chile, Nueva Zelands, Australia, China, los nuevos chamanes de la izquierda clamaron que era una clara respuesta de la Tierra a nuestro maltrato. También obra de extraterrestres o sofisticadas operaciones militares. Pero no. No hay dioses ni demonios que expliquen esos desastres. Asisto en persona a uno de ellos, aquí en el centro de Sendai, Japon. Esto se llama Geologia.
Estoy en un refugio improvisado en una escuela en el barrio de Omahi, en puro centro de la ciudad. Hace algo mas de cuatro horas estaba en mi despacho de Profesir Invitado en la Unicersidad de Tohoku. Todo estaba en orden después del susto de hace un par de Dias en que la tierra tembló, nos levanto de la silla, pero nº nos saco a la calle. "Es fuerte pero esta lejos. No es el que esperamos" dijo mi colega el Profesor Katsuo Tsukamoto mientras la Faculta se movía como un tiovivo. Hoy si. Hoy el centro del seísmo estaba a diez kilometros de profundidad y casi en la vertical de la ciudad. Según pronto supimos 7,9 de intensidad. Y se noto. Me duo tiempo a pensar que debia desenchufar la tetera, los irdenadores, la lampara. Poco mas. Me uno a los que ya corrían hacia la escalera de seguridad. Pille un casco de los que vi en el camino y baje a trompicones. Cuando llegue abajo la tierra seguía temblando . Me fui hacia un claro con muro ardía altura al que me agarre. Traté de alejarme del muro para sentirlo mejor, para sentirlo mas. Pero no me supr mantener en pie, tuve miedo y volví al muro. Y la tierra seguís temblsndo. Mire al edificio que acababa de abandonar y que con su estructura antisismica mantenía el tipo ante semejantes ataque, pues l tierra seguía temblando. Mas de dos largos minutos, lo que tardara en leer este parrafo. Ya con las piernas temblando me uni a un grupo que empezaba a formarse en el jardin anexo. No hubo gritos. No hubo histeria, tanto que comente si estaban acostumbrados pero un colega comento inmediatamente que había sido el mayor de su vida. Todo se organizo inmediatamente. Alguien tomo el mando. con un altavoz empezó a dar ordenes que yo no entendía.mi anfitrión estaba de viaje en Tokyo, pero mis estudiantes que sabían ingles me tuvieron informado. Después de que un piquete comprobara los destrozos, pudimos subir de seis en seis comenzando desde el pido superior a recoges nuestros abrigos pues empezo una fuerte nevaba. Comenzó a llegar información sobre el seísmo. Todo el mundo tenía en mente Kobe y estaban preocupados por sus familias y sus casas, pero increíblemente la ciudad nº parecía estar dañada, solo algunos incendios. El frío arreciaba y alguien ordeno cobijarnos a la entrada de in efugio que parecía menos dañado. Allí, mis alumnos empezaron a sacar cajas de víveres, agua, galletas y una lata de sardinas que guardo ahora por si hace falta mañana. ?de donde habéis sacado eso? "llevábamos diez anos esperandolo, Profesor; esta todo previsto". Todo organizado y además por gente que estaba entrenada para autoorganizarse. Entendí entonces que esta ciudad se había preparado para combatir a este mostruo que esperaban pacientemente. Y lo había hecho cons mejores armas que tenemos: con ciencia y Tecnologia.
No podíamos quedarnos en la universidad. Bajamos desde la Colina andando porque el trafico estaba colspsado. Una pareja de estudiantes se ofrecieron a acompanarme para comprobar los destrozos en micasa y llevarle a un refugio. Cuando me entere que nº quedaba en el camino decla suya proteste pero me dijeron que habían pasado un ano en Belgica, sabían lo que es nº entender el idioma local y no me podían dejar solos. Seguimos camina do bajo la nieve y cuando al cruzar el puente sobre el rio, atisbamos la ciudad, nº pude contener la alegría de ver a la ciudad en pie, sus casas enteras, sus rascacielos enhiestos, con algún rasguño, pero victoriosa. En la cara de los estudiamtes note el orgullo de la victoria. Habían ganado. El camino a mi csa fue una continua lección de comportamiento y al despedirse me dijeron "ya sabe profesor: esta noche lo importante es pensar que estos vivos y que tenemos la obligación de seguir vivos.
Aquí, en el refugio no tengo noticias de la gravedad de los daños, aunque me imagino que el tsuami posterior ha debido ser tremendo. La tierra sigue -cinco horas despues- enviando violentas replicas que nos mantiene en vilo pero con la esperanza de salir de esta. Aunque a veces huela a azufre, no son diablos ni dioses quienes las.envían, ni son ejrcicios con bombas nucleares ni es la tierra enfurecida con la humanidad. Esto se llama geología, es ciencia y es tecnologia, y lo sabe un pueblo que quizas acaba de ganar una batalla historica.

PD.: segunda parte de este relato: