Un nuovo studio della NASA sta sfidando una teoria di vecchia data secondo cui gli tsunami si formano e acquisiscono la loro energia principalmente dal movimento verticale del fondo marino.

Un fatto indiscusso è che la maggior parte degli tsunami deriva da un massiccio spostamento del fondo marino, solitamente dalla subduzione, o scorrevole, di una placca tettonica sotto l'altra durante un terremoto. Esperimenti condotti in vasche con onde negli anni '70 hanno dimostrato che il sollevamento verticale del fondo della vasca potrebbe generare onde simili a tsunami. Nel decennio successivo, Gli scienziati giapponesi hanno simulato gli spostamenti orizzontali del fondale marino in un serbatoio di onde e hanno osservato che l'energia risultante era trascurabile. Ciò ha portato all'opinione correntemente diffusa che il movimento verticale del fondale marino sia il fattore principale nella generazione di tsunami.

Nel 2007, Tony Canzone, un oceanografo del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, mettere in dubbio questa teoria dopo aver analizzato il potente terremoto di Sumatra del 2004 nell'Oceano Indiano. I dati del sismografo e del GPS hanno mostrato che il sollevamento verticale del fondo marino non ha prodotto energia sufficiente per creare uno tsunami così potente. Ma le formulazioni di Song e dei suoi colleghi hanno mostrato che una volta presa in considerazione l'energia dal movimento orizzontale del fondo marino, tutta l'energia dello tsunami è stata contabilizzata. Questi risultati corrispondono ai dati dello tsunami raccolti da un trio di satelliti:il NASA/Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) Jason, il Geosat Follow-on della US Navy e il Satellite Ambientale dell'Agenzia Spaziale Europea.

Ulteriori ricerche di Song sul terremoto di Sumatra del 2004, utilizzando i dati satellitari della missione NASA/Centro aerospaziale tedesco Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), ha anche sostenuto la sua affermazione che la quantità di energia creata dal sollevamento verticale del fondo marino da sola era insufficiente per uno tsunami di quelle dimensioni.

"Avevo tutte queste prove che contraddicevano la teoria convenzionale, ma avevo bisogno di più prove, " ha detto la canzone.

La sua ricerca di ulteriori prove si basava sulla fisica, vale a dire, il fatto che il movimento orizzontale del fondo marino crea energia cinetica, che è proporzionale alla profondità dell'oceano e alla velocità del movimento del fondo marino. Dopo aver valutato criticamente gli esperimenti sui serbatoi a onde degli anni '80, Song ha scoperto che i serbatoi utilizzati non rappresentavano accuratamente nessuna di queste due variabili. Erano troppo poco profondi per riprodurre il rapporto effettivo tra la profondità dell'oceano e il movimento del fondo marino che esiste in uno tsunami, e la parete nella vasca che simulava il movimento orizzontale del fondo marino si muoveva troppo lentamente per replicare la velocità effettiva con cui si muove una placca tettonica durante un terremoto.

"Ho iniziato a considerare che quelle due false dichiarazioni fossero responsabili della conclusione, a lungo accettata ma fuorviante, che il movimento orizzontale produce solo una piccola quantità di energia cinetica, " ha detto la canzone.

Costruire un serbatoio Wave migliore

Per mettere alla prova la sua teoria, Song e i ricercatori dell'Oregon State University di Corvallis hanno simulato i terremoti di Sumatra del 2004 e di Tohoku del 2011 presso il Wave Research Laboratory dell'università utilizzando come riferimento sia le osservazioni misurate direttamente che quelle satellitari. Come gli esperimenti degli anni '80, imitavano lo spostamento orizzontale del terreno in due diversi serbatoi spostando una parete verticale nel serbatoio contro l'acqua, ma hanno usato un generatore di onde a pistone in grado di generare velocità più elevate. Hanno anche spiegato meglio il rapporto tra la profondità dell'acqua e la quantità di spostamento orizzontale negli tsunami effettivi.

I nuovi esperimenti hanno dimostrato che lo spostamento orizzontale del fondale marino ha contribuito per più della metà dell'energia che ha generato gli tsunami del 2004 e del 2011.

"Da questo studio, abbiamo dimostrato che dobbiamo guardare non solo il movimento verticale ma anche orizzontale del fondo marino per ricavare l'energia totale trasferita all'oceano e prevedere uno tsunami, " disse Solomon Yim, un professore di ingegneria civile e delle costruzioni presso l'Oregon State University e coautore dello studio.

La scoperta convalida ulteriormente un approccio sviluppato da Song e dai suoi colleghi che utilizza la tecnologia GPS per rilevare le dimensioni e la forza di uno tsunami per i primi avvertimenti.

Il Global Differential Global Positioning System (GDGPS) gestito dal JPL è un sistema di elaborazione GPS in tempo reale molto accurato in grado di misurare il movimento del fondo marino durante un terremoto. Mentre la terra si sposta, anche le stazioni riceventi di terra più vicine all'epicentro si spostano. Le stazioni possono rilevare il loro movimento ogni secondo attraverso la comunicazione in tempo reale con una costellazione di satelliti per stimare la quantità e la direzione dello spostamento orizzontale e verticale della terra che ha avuto luogo nell'oceano. Hanno sviluppato modelli al computer per incorporare quei dati con la topografia del fondale oceanico e altre informazioni per calcolare le dimensioni e la direzione di uno tsunami.

"Identificando il ruolo importante del movimento orizzontale del fondo marino, il nostro approccio GPS stima direttamente l'energia trasferita da un terremoto all'oceano, " ha detto Song. "Il nostro obiettivo è rilevare le dimensioni di uno tsunami prima ancora che si formi, per i primi avvertimenti».

Lo studio è pubblicato su Giornale di ricerca geofisica — oceani .