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

Ionospheric electron enhancement preceding the 2011 Tohoku-Oki earthquake

A new paper by K. Heki in GRL seems to confirm what could become a tool for large earthquake prediction:

Ionospheric electron enhancement preceding the 2011 Tohoku-Oki earthquake

I reproduce the abstract of the paper:

The 2011 March 11 Tohoku‐Oki earthquake (Mw 9.0) caused vast damages to the country. Large events beneath dense observation networks could bring breakthroughs to seismology and geodynamics, and here I report one such finding. The Japanese dense network of Global Positioning System (GPS) detected clear precursory positive anomaly of ionospheric total electron content (TEC) around the focal region. It started ∼40 minutes before the earthquake and reached nearly ten percent of the background TEC. It lasted until atmospheric waves arrived at the ionosphere. Similar preseismic TEC anomalies, with amplitudes dependent on magnitudes, were seen in the 2010 Chile earthquake (Mw 8 .8), and possibly in the 2004 Sumatra‐Andaman (Mw 9.2) and the 1994 Hokkaido‐Toho‐Oki (Mw 8.3) earthquakes, but not in smaller earthquakes.

Reference: Heki, K. (2011), Ionospheric electron enhancement preceding the 2011 Tohoku‐Oki earthquake, Geophys. Res. Lett., 38, L17312, doi:10.1029/2011GL047908.

PD: Check this paper questioning the results by Heki.

Video of ground motion during Tohoku's earthquake in 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. 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

Also have a look at this other post where you have a video of the release of stress through time.

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.
Geophys. Res. Lett., Vol. 38, No. 18, L18308
http://dx.doi.org/10.1029/2011GL048405
22 September 2011

Foretellers sued in L'Aquila?

Inevitable, putting these two news together:

• Italian quake experts accused of manslaughter

• Fukushima tsunami warned by scientists back in 2001

Suing a geophysicist for failing to predict an earthquake is like throwing the augur to the lions for failing to predict a drought. No wait, it's worse, because the augur probably blamed he could do so. Ours is a funny age, when some are prosecuted for failing to predict the unpredictable, while others stay in power even if ignoring solid warnings (i'm thinking about those who failed at predicting the greatest global economic crisis. I guess we scientists need better PRs, or better relationships with power!).

Update (2012-01-28): the conversation of the responsible of civil protection, Bertolaso: "we'll use the experts as a mediatic operation" (in italian). Unmissable, i'm afraid this is what politicians really think about science.

Update (2012-10-22): WOW, here is the sentence: http://www.bbc.co.uk/news/world-europe-20025626#TWEET296232

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]

Antecedentes del terremoto de Lorca

Atención a esta tabla de un artículo científico (disponible aquí), que muestra porqué la peligrosidad sísmica de la zona ya era bien conocida mucho antes del terremoto:

(Martinez-Diaz, 1999)

Recomiendo esta interesante entrada donde he encontrado la mención del artículo. Tiene algo más de geología sobre el terremoto de Lorca. Y aquí hay más sobre la falla de Alhama, la culpable del desaguisado.

Movimientos sísmicos: preguntas frecuentes tras el Terremoto de Lorca

Linko a una entrada muy interesante sobre la geología del terremoto de Lorca y a continuación adapto el post de la FAQ sobre terremotos que escribí para el de Japón. 

¿Está aumentando el número de terremotos en la Tierra?

No. El número de terremotos y su magnitud media se mantiene estadísticamente estable (detalles aquí, en inglés). Tampoco es claro que haya aumentado el número de víctimas en las últimas décadas, a pesar del incremento de la población mundial. De hecho el terremoto más letal que conocemos ocurrió en Shaanxi, China, en 1556. 

Mapa de sismicidad de la Península Ibérica. Cada terremoto está coloreado en
función de la profundidad en la que se produce.

¿Puede predecirse un terremoto?

No. Todavía no existe ningún método que permita predecir cuándo va a producirse el siguiente sismo. Se pueden hacer 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. Y su fiabilidad es discutible porque nunca se tiene seguridad de que el registro histórico sea suficientemente completo (por ejemplo, no sabemos si ya hemos registrado el terremoto más fuerte que puede ocurrir en una zona determinada). 

Mapa de peligrosidad sísmica: intensidad sísmica (aceleración del suelo) máxima esperable en un periodo de 500 años). Los colores más fuertes corresponden a una intensidad VIII (similar a la del terremoto de Lorca). Está basado en crónicas históricas. Fuente: Wikipedia/IGN.

¿Dónde puede ocurrir un terremoto similar o más intenso que el de Lorca?

Bueno, lo que necesitas es un mapa de peligro sísmico (como el que hay sobre estas líneas). Normalmente estos mapas muestran las probabilidades de que un terremoto de intensidad X ocurra en un periodo de tiempo P, así que el mapa siempre debería especificar ambos valores. Para España, puedes mirar el mapa de peligrosidad del IGN, y ten en cuenta que el de Lorca ha sido de intensidad MSK de VII-VIII. Es decir, según el mapa del IGN, en Lorca puede repetirse cada 500 años aproximadamente, y menos frecuentemente en el resto de España (excepto en la costa granadina y malagueña, donde la probabilidad es parecida a Lorca o algo mayor). 

¿La magnitud de un terremoto determina su peligro?

Relación entre magnitud y energía liberada por un terremoto

No, determina la energía liberada durante el terremoto en la falla donde se produce la dislocación de la roca, y eso es sólo uno entre muchos factores (el que más fácilmente pueden medir los geofísicos). Para preveer la intensidad del temblor (la aceleración del suelo en la superficie) hay que tener en cuenta, por ejemplo, la profundidad a la que se produce (pocos kilómetros en el caso del Terremoto de Lorca; ver entrevista a geofísico en El País), el tipo de suelo, la frecuencia con la que se produce esa magnitud sísmica, etc, que determinan el peligro sísmico. Y para calcular el riesgo sísmico (los daños materiales y humanos potenciales) deben tenerse en cuenta  otros factores antrópicos como la densidad de población, tipo de construcción, etc.  Esto explica que terremotos de mayor magnitud que este enla península no hayan producido víctimas. Sin ir más lejos, el mes pasado en Granada hubo uno de magnitud 6.3, lo que implica que se liberó 30 veces más energía que hoy en Lorca. ¿Porqué no hubo víctimas? Ocurrió a 600 km de profundidad...

¿Las réplicas son también peligrosas?

Si. La regla que suele funcionar es que la mayor réplica tras el terremoto principal sea típicamente una unidad menor en magnitud (30 veces menor en energía). Pero, de nuevo, nunca estás seguro de que el último de los fuertes haya sido El Más Fuerte... Además, las réplicas pueden ser menos energéticas, pero podrían ser más cercanas a la superficie y por tanto más peligrosas.

Terremoto en Lorca, Murcia

Adjunto los datos provisionales del mayor de los terremotos que han ocurrido esta tarde. Tuvo lugar a las 18:47 hora española (16:47 UTC: 2011-05-11), según el USGS. El País habla de 8 muertes.  En Wikipedia ya hay una página sobre el evento. 

Mapa de localización según el USGS

Magnitud: 5.3
Hora: Miércoels 11 de Mayo de 2011; 16:47:26 UTC

Epicentro: 37.697°N, 1.556°W  Lorca, Murcia, España; Ver mapa. 

Profundidad 1 km (pero mal acotada)

a 50 km al SO de Murcia; 118 km al SO de Alicante; 124 km al NE de Almeria; 352 km al SSE de Madrid

Error de localización:  Horizontal +/- 14 km profundidad: +/- 6.2 km

Fuente: USGS NEIC (WDCS-D)

Absence of remotely triggered large earthquakes beyond the mainshock region

Fresh scientific publication in Nature Geoscience. doi:10.1038/ngeo1110

Absence of remotely triggered large earthquakes beyond the mainshock region

Authors: Tom Parsons & Aaron A. Velasco

Abstract: Large earthquakes are known to trigger earthquakes elsewhere. Damaging large aftershocks occur close to the mainshock and microearthquakes are triggered by passing seismic waves at significant distances from the mainshock. It is unclear, however, whether bigger, more damaging earthquakes are routinely triggered at distances far from the mainshock, heightening the global seismic hazard after every large earthquake. Here we assemble a catalogue of all possible earthquakes greater than M 5 that might have been triggered by every M 7 or larger mainshock during the past 30 years. We compare the timing of earthquakes greater than M 5 with the temporal and spatial passage of surface waves generated by large earthquakes using a complete worldwide catalogue. Whereas small earthquakes are triggered immediately during the passage of surface waves at all spatial ranges, we find no significant temporal association between surface-wave arrivals and larger earthquakes. We observe a significant increase in the rate of seismic activity at distances confined to within two to three rupture lengths of the mainshock. Thus, we conclude that the regional hazard of larger earthquakes is increased after a mainshock, but the global hazard is not.

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.

Licuefacción y cómo se propaga el tsunami

Más links sobre el terremoto del 11 de marzo, ahora también actualizado a magnitud 9.0 por el USGS después de que lo hiciera la Agencia Meteorológica Japonesa.

Un vídeo mostrando el movimiento del suelo y las grietas y la licuefacción en los periodos de calma entre sismos.

Simulación del NOAA de la propagación del Tsunami en el Pacífico:

Distribución de la altura del Tsunami en el pacífico (NOAA). El rojo indica una marea de medio metro; el negro casi 2 metros:

Fotografías aéreas de antes y después del terremoto y el tsunami (NY Times). Another one from GSA.

El sistema de alarma de terremoto y tsunami en japón. Hay un pdf muy claro aquí.

Un artículo en Nature Geoscience sobre la utilidad de twitter para evaluar con cierta precisión la intensidad de los terremotos (requiere acceso).

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, 

Cómo se propaga la ruptura de un terremoto

[Eric Kiser, Harvard]

Pocas horas después del sismo de Japón, estos datos (univ. Harvard) ya muestran mejor que nunca como funciona un terremoto. La línea negra es la costa japonesa, los colores muestran las zonas donde se liberó mayor cantidad de energía. El terremoto principal (11 Marzo 2011; Mw=9.0) es el de tonos rojos y naranjas. Los contornos verdes corresponden a la energía liberada por el terremoto menor ocurrido el 9 de Marzo, de magnitud 7.2, y los rojos corresponden a la réplica ocurrida media hora después del terremoto principal (6.8).  Recuerda que un grado de diferencia en la escala de magnitud implica un factor 30 en términos de energía.

Lo interesante de esta imagen (dcha.), calculada a partir de registros sísmicos, es que las tres zonas donde se disipó la energía no se solapan. Así, la liberación de la energía tectónica acumulada comienza el día 9 muy cerca de la fosa de subducción del Pacífico (línea naranja) y se desplaza hacia la costa y el sur el día 11.  

Esta animación muestra la disipación 

de energía durante los 3 minutos que duró el 

terremoto principal, evidenciando la 

sucesión de al menos dos zonas de ruptura. 

La región tiene una extensión de unos 

300x600 km.

Antes de los eventos que muestra esta animación, el movimiento relativo entre las dos placas tectónicas ha acumulado esfuerzos a lo largo de la superficie de contacto. Al superarse el límite de resistencia de las rocas, la liberación de esa energía en la zona de ruptura parece sobrecargar de esfuerzo las zonas contiguas, haciendo más probable el movimiento a lo largo de ellas.

Los procesos mediante los cuales ésto sucede y los parámetros que lo determinan son aún desconocidos, con lo cual no se conciben aún formas de llegar a predecir sismos. Pero los patrones que se aprecian con este tipo de medidas son los que permiten estimar vagamente el riesgo de que próximamente haya un terremoto en zonas colindantes que no han sufrido deformación reciente (como Tokio).

Te recomiendo que veas también los movimientos del suelo durante el terremoto, en este post, son datos de una calidad sin precedentes gracias a la impresionante red japonesa de GPS de alta precisión.

También recomiendo este post sobre estudios geológicos que ya advirtieron en 2001 de un alto riesgo de un tsunami similar al que destruyó la central de Fukushima.

More details in English: http://seismology.harvard.edu/research_japan.html

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: