Een klimaat gestuurde aardverschuiving en tsunami doet de aarde negen dagen trillen

Belgische onderzoekers zijn betrokken bij een studie onder leiding van een internationaal multidisciplinair team

In september 2023 namen onderzoekers negen dagen lang een nooit eerder gezien seismisch signaal waar. De oorzaak van deze mysterieuze ‘aardtrilling’ bleek een gigantische aardverschuiving in Groenland: een massa van 25 miljoen m3 rots en ijs kwam los en denderde in de Dickson Fjord. Dit creëerde een 200 meter hoge mega-tsunami die negen dagen lang bleef over en weer klotsen in de smalle fjord, een fenomeen bekend als ‘seiche’. Dat is de conclusie van het onderzoek gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Science. Deze beweging van een grote watermassa veroorzaakte trillingen doorheen de aarde, waardoor de planeet schudde en wereldwijd waargenomen seismische golven werden opgemeten. Nooit eerder hebben wetenschappers, waaronder onderzoekers van de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB), het Vlaams Instituut voor de Zee (VLIZ) en de Université libre de Bruxelles (ULB), zo’n ongewoon mechanisme waargenomen dat een wereldwijd seismisch signaal veroorzaakt.

De mysterie opgelost in een multidisciplinaire samenwerking

September 2023. Wereldwijd zien seismologen op hun uiterst gevoelige meettoestellen tot hun grote verbazing een mysterieus signaal – van Noord- tot Zuidpool – dat negen dagen aanhoudt. Het signaal lijkt in niets op dat van een aardbeving, maar klinkt veeleer als een monotoon gezoem. Tezelfdertijd bereikt een team van wetenschappers die werken in het afgelegen Noordoost Groenland, dat een grote tsunami heeft plaats gevonden.

Het nieuws verspreidt, de teams besluiten samen te werken en al gauw vormt zich een unieke multidisciplinaire groep van 68 onderzoekers uit 40 instituten en 15 landen (incl. KSB, VLIZ en ULB). Ze combineren seismische data en infrasone geluidsdata, met veldmetingen en -beelden, satellietopnames en simulaties van tsunamigolven.

Geanimeerd, gesonifieerd seismisch signaal (seismische golven versneld en omgezet naar hoorbare frequenties) zoals opgenomen door een seismisch station in Groenland, DK.SCO.

Ook foto’s genomen door het Deense leger enkele dagen na het event blijken van goudwaarde. Ze tonen de ingestorte bergwand en gletsjerfront, naast de schade aangericht door de tsunami in het landschap. De combinatie van velddata ter plaatse en mondiaal waargenomen signalen stelt de onderzoekers in staat het uitzonderlijke event in september 2023 te verklaren en vandaag te publiceren in het gerenommeerde tijdschrift Science.

Een enorme aardverschuiving die in een smalle fjord stort als oorsprong van de seismische golven

Het lokale signaal werd opgepikt door een realtime meetnetwerk dat in de zomer van 2023 werd opgezet in het Kong Oscar Fjord System, inclusief camera’s en oceanografische meetpunten. Oceanografische sensoren toonden afwijkende waterniveaus en heel hoge troebelheid in de fjord. Op hetzelfde moment, werd het wereldwijde seismische signaal opgepikt door een wereldwijd netwerk van seismometers; gevoelige wetenschappelijke instrumenten die trillingen registreren die door de grond reizen – seismische golven genoemd.

Traditioneel richt seismologie zich op het meten van seismische trillingen die het gevolg zijn van aardbevingen in de grond. Seismische gegevens kunnen echter ook informatie bevatten over bewegingen van grote massa’s op het aardoppervlak, zoals aardverschuivingen en watergolven.

Uit het onderzoek bleek dat de aardverschuiving het gevolg was van het instorten van een bergtop die voorheen 1200 m boven de fjord uittorende. De hoeveelheid materiaal die instortte was enorm – meer dan 25 miljoen kubieke meter – of 27 keer het volume van alle containers op ‘s werelds grootste containerschepen. Deze instorting werd veroorzaakt door het dunner worden van de gletsjers aan de voet van de berg in de afgelopen decennia, uiteindelijk veroorzaakt door klimaatverandering.

Het seismische signaal was zo intrigerend dat een van de onderzoekers poogde de lang aangehouden en heen en weer klotsende waterbeweging in de fjord, na te bootsen in zijn bad. Wat niet lukte. Wiskundige modellen daarentegen konden wel aantonen dat de oriëntatie van de aardverschuiving bepalend was voor het effect. Het feit dat de afglijding via een gletsjer plaatsvond loodrecht op een opvallend smalle en gebogen fjord, bleek het ontbrekende stuk van de puzzel te zijn om te kunnen verklaren hoe klimaatwijziging de Aarde negen dagen lang kon doen trillen.

Modelberekeningen tonen inderdaad hoe het water in de fjord elke 90 seconden zou moeten over en weer klotsen, net zoals in het daadwerkelijk waargenomen patroon van seismische golven. Deze perfecte match toont hoe de kracht van een watermassa, te keer gaand in een fjord van een bepaalde breedte en diepte, een zichtbare trilling van seismische energie in de aardkorst kan genereren.

Het linkerpaneel toont een visualisatie van de grondbewegingen, die de seismische golf van de seiche in Groenland toont die zich over de planeet verspreidt. Elke cirkel toont de gegevens van een individueel seismisch meetstation. Het rechterpaneel toont een numerieke simulatie van de tsunami en seiche (oscillatiegolf) van 16 september 2023 in Dickson fjord (muziek credit: Isabelle Ryder https://isabellerydermusic.weebly.com/; animatie credit: Stephen Hicks).

Coauteur Thomas Lecocq (Koninklijke Sterrenwacht van België, KSB) treedt bij:“Onze eerste schattingen van de positie van de bron concentreerden zich op Oost-Groenland. Tegelijkertijd ontvingen de Groenlandse en Deense autoriteiten meldingen van een grote tsunami bij het (toen onbemande) Nanok-station en de onderzoeksbasis op Ella Island. Als interdisciplinair en internationaal onderzoeksteam hebben we alle informatie geïntegreerd om een gedetailleerde reconstructie te presenteren van de eerste gedocumenteerde grote, tsunamigene aardverschuiving voor Oost-Groenland en hoe deze wereldwijde seismische signalen met een zeer lange periode genereerde. Het is verbazingwekkend dat wat begon als een routinecontrole van een Belgische zwaartekrachtsensor veranderde in een wereldwijde, multidisciplinaire samenwerking, met virtuele, online uitwisselingen gedurende 24 uur per dag, in vele tijdzones. Ik ben blij dat we hebben bewezen dat de bron van de trillingen het klotsen van water was, en dat dit avontuur heeft geleid tot nieuwe samenwerkingen met collega’s over de hele wereld, waaronder Wieter Boone van VLIZ die deze zomer seismische instrumenten van de ROB in Dickson Fjord installeert om ons begrip van dit unieke gebied verder te vergroten”.

De hoogste tsumani waargenomen in de recente geschiedenis

De combinatie van numerieke simulaties, data van het plaatselijk oceanografische meetnet van sensoren, en satelliet- en grondbeelden bevestigen dat de door aardverschuiving veroorzaakte mega-tsunami een van de allerhoogste moet zijn, ooit gemeten. Zeventig kilometer verder in de fjord veroorzaakten de nog steeds 4 m hoge golven schade aan het station op Ella Ø en vernielden ze culturele en archeologische erfgoedsites. De fjord is ook erg in trek bij cruiseschepen die de Groenlandse fjorden bezoeken.

Gelukkig waren er die dag van de aardverschuiving en tsunami geen schepen in de buurt. Anders waren de gevolgen van de enorme tsunamigolf niet te overzien geweest. In tijden van versnelde klimaatwijziging zal het meer dan ooit belangrijk zijn dit soort gebieden, tot dusver als stabiel beschouwd, beter te begrijpen en te monitoren. Het ontwikkelen van ‘early warning’ instrumenten voor dit soort grote landafglijdingen en tsunami’s maakt daar deel van uit.

Coauteur Wieter Boone (Vlaams Instituut voor de Zee, VLIZ): “Voor ons onderzoek hebben we een netwerk van real-time oceanografische stations in Noordoost-Groenland opgezet. Vorig jaar voeren we door Dickson Fjord binnen om instrumenten te installeren dicht bij een gletsjer en bijna recht voor de berg, slechts enkele weken voordat deze instortte. Onze instrumenten overleefden de tsunami en we konden de gebeurtenissen in realtime volgen. De waargenomen vernietiging van een oude pelsjagershut, die in zijn eeuwenlange geschiedenis nog nooit door tsunami’s was getroffen, toont de onverwachte omvang van deze gebeurtenis. Tijdens het onderzoek naar de oorzaak ontstond een uitzonderlijk dynamische en internationale samenwerking waarin het team van KSB, een indrukwekkende rol speelde. Deze zomer waren we terug in het gebied. We werkten ons sensornetwerk bij, brachten de impact van de tsunami in kaart met behulp van drones en installeerden hoogfrequente seismische en waterpeilsensoren in Dickson Fjord.”

Het artikel:

Svennevig et al., A rockslide-generated tsunami in a Greenland fjord rang Earth for 9 days, Science, online gepubliceerd op 12 september 2024. DOI: 10.1126/science.adm9247.