DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.118698
تاريخ النشر: 2024-07-12
المؤلف: Iyan E. Mulia وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
زلزال شبه جزيرة نوتو في يناير 2024 (Mw 7.6) أدى إلى حدوث تسونامي كبير في بحر اليابان، حيث وصل التسونامي إلى مقاييس الأمواج والمد في خليج توياما خلال 2-3 دقائق—أسرع بكثير من الوقت المتوقع البالغ 20 دقيقة بناءً على المسافة المركزية التي تبلغ حوالي 60 كم. من خلال التحليلات الطيفية وتحليلات الموجات، تم تحديد فترات الأمواج السائدة التي تبلغ 5 و 14 و 32 دقيقة، مع ارتباط الفترات الأقصر على الأرجح بانزلاق تحت البحر، كما اقترح وصولها المبكر. تم تحديد موقع محتمل للانزلاق باستخدام تقنيات عكس انتشار التسونامي وفحوصات الأعماق، مما كشف عن انزلاق في قاع البحر بطول حوالي 3000 م، يقع على بعد حوالي 4 كم من ساحل مدينة توياما.
تشير النتائج إلى أن الانزلاق تحت البحر أثر بشكل كبير على خصائص التسونامي، مما أدى إلى بداية مبكرة وتأثير أكبر مما كان متوقعًا من الزلزال وحده. قدم نموذج المصدر المشترك، الذي يدمج بين الزلزال والانزلاق تحت البحر، تمثيلًا أكثر دقة للأشكال الموجية للتسونامي التي لوحظت في محطات توياما. تسلط هذه الدراسة الضوء على خطر التسونامي الحرج الذي تمثله الانزلاقات تحت البحر في خليج توياما، مما يبرز التحديات في جهود التخفيف بسبب الوقت المحدود المتاح للاستجابة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث السياق التاريخي والتطورات الأخيرة المتعلقة بمخاطر التسونامي في بحر اليابان، خاصة في ضوء زلزال شبه جزيرة نوتو في يناير 2024، الذي سجل قوة 7.5 وفقًا لمسح جيولوجي الولايات المتحدة. أثبتت الدراسات السابقة أن المنطقة عرضة للتسونامي الناتج عن ظواهر جيولوجية متنوعة، بما في ذلك الزلازل، والنشاط البركاني، والانزلاقات تحت البحر. أدى الزلزال إلى حدوث تسونامي بلغ ارتفاعه حتى 6 أمتار على طول الساحل الياباني، مع ملاحظة تشوهات كبيرة في القشرة الأرضية، كما وثقت الصور الفضائية.
تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات التسونامي المحلية داخل خليج توياما، مع التركيز بشكل خاص على وصول مبكر للتسونامي قد لا يكون مرتبطًا مباشرة بالزلزال نفسه. اقترحت الأبحاث السابقة أن الانزلاقات تحت البحر يمكن أن تسهم في توليد التسونامي، وهو فرضية مدعومة بتحديد فشل كتلة تحت البحر كبير بالقرب من مدينة توياما بعد الزلزال. يقترح المؤلفون تعزيز نماذج محاكاة التسونامي من خلال دمج نموذج الانزلاق لتحسين الدقة والملاءمة للبيانات الملاحظة، باستخدام تقنيات متقدمة مثل تحليل وقت السفر العكسي للتسونامي والتحليلات الطيفية والموجية لتحديد خصائص الانزلاق تحت البحر.
النتائج
يقدم قسم النتائج تحليلًا شاملاً لأوقات سفر التسونامي والأشكال الموجية بعد زلزال شبه جزيرة نوتو في يناير 2024. تشير خطوط زمن سفر التسونامي العكسية إلى أن محطات ميكوني وكاشيوازاكي وسادو وناوئيتسو WG تتماشى عن كثب مع مركز الزلزال، بينما تشير مقاييس المد في توياما وToyama WG، التي تقع على بعد حوالي 60 كم، إلى وجود مصدر إضافي لبداية التسونامي المبكرة. تحدد الدراسة تناقضات كبيرة بين الأشكال الموجية للتسونامي الملاحظة والمحاكاة، خاصة في محطات توياما، حيث تفشل نماذج مصادر الزلزال في حساب وصول التسونامي المبكر. تكشف تحليلات فورييه والموجات عن قمم طيفية مميزة، مما يشير إلى أن الأمواج المبكرة من المحتمل أن تنشأ من انزلاق تحت البحر، مع فترات موجية مقدرة تتراوح بين 5 و 14 دقيقة.
تظهر محاكاة إضافية تضم كل من مصادر الزلزال والانزلاق تحت البحر توافقًا محسنًا مع ارتفاعات وأشكال التسونامي الملاحظة، خاصة في Toyama WG. يعزز النموذج المشترك توقع توقيت التسونامي وسعته، مما يبرز قيود الاعتماد فقط على نماذج الزلازل في التنبؤ بالتسونامي. تؤكد النتائج على ضرورة أن تأخذ أنظمة تحذير التسونامي في الاعتبار المصادر غير الزلزالية، مثل الانزلاقات تحت الماء، لتعزيز جهود الإخلاء والتخفيف من الكوارث. بالإضافة إلى ذلك، تقترح الدراسة وجود مصدر آخر محتمل لانزلاق تحت البحر يؤثر على Toyama WG، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق من خلال المسوحات الطبوغرافية.
المناقشة
في هذه الدراسة، قمنا بتحليل بيانات التسونامي من زلزال شبه جزيرة نوتو في يناير 2024، مع التركيز على الخصائص المحلية من خلال استخدام بيانات من أربعة مقاييس مد واثنين من مقاييس الأمواج في منطقة بحر اليابان. تمت معالجة البيانات لإزالة إشارات المد، وتم الحصول على معلومات الأعماق من الجمعية الهيدروغرافية اليابانية. قمنا بمقارنة ثلاثة نماذج لمصادر الزلازل لمحاكاة توليد التسونامي، مستخدمين تحليلات فورييه والموجات لتحديد فترات الأمواج السائدة وتوصيف أمواج التسونامي. كشفت التحليلات الطيفية عن رؤى مهمة حول أصل التسونامي، خاصة فيما يتعلق بالانزلاقات المحتملة تحت البحر.
تشير نتائجنا إلى أن الزلزال من المحتمل أن يكون قد أدى إلى انزلاق تحت البحر في خليج توياما، مما أثر بشكل كبير على خصائص التسونامي، بما في ذلك وصوله المبكر. اقترحت التحليلات أن انزلاقًا تحت البحر بطول حوالي 3000 م، يقع على بعد حوالي 4 كم من الساحل، كان مسؤولًا عن البداية السريعة للتسونامي التي لوحظت في محطات توياما. قدمت التأثيرات المشتركة للزلزال والانزلاق تحت البحر تمثيلًا أكثر دقة للأشكال الموجية للتسونامي، مما يبرز المخاطر المحتملة المرتبطة بالانزلاقات تحت البحر في المنطقة. وهذا يبرز الحاجة إلى تحسين أنظمة التنبؤ بالتسونامي لتعزيز الاستعداد للكوارث في خليج توياما، خاصة بالنظر إلى السياق التاريخي للأحداث المماثلة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.118698
Publication Date: 2024-07-12
Author(s): Iyan E. Mulia et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
The January 2024 Noto Peninsula earthquake (Mw 7.6) triggered a significant tsunami in the Sea of Japan, with the tsunami reaching Toyama Bay’s wave and tide gauges within 2-3 minutes—much earlier than the expected 20-minute travel time based on the epicentral distance of approximately 60 km. Through spectral and wavelet analyses of the gauge records, dominant wave periods of 5, 14, and 32 minutes were identified, with the shorter periods likely linked to a submarine landslide, as suggested by their early arrival. A potential landslide location was determined using tsunami back-propagation techniques and bathymetric inspections, revealing a seafloor landslide approximately 3000 m in length, situated about 4 km offshore of Toyama City.
The findings indicate that the submarine landslide significantly influenced the tsunami’s characteristics, leading to an earlier onset and greater impact than would be expected from the earthquake alone. The combined source model, incorporating both the earthquake and the submarine landslide, provided a more accurate representation of the observed tsunami waveforms at Toyama stations. This research highlights the critical tsunami hazard posed by submarine landslides in Toyama Bay, emphasizing the challenges in mitigation efforts due to the limited time available for response.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the historical context and recent developments regarding tsunami hazards in the Sea of Japan, particularly in light of the January 2024 Noto Peninsula earthquake, which registered a magnitude of 7.5 according to the US Geological Survey. Prior studies have established that the region is susceptible to tsunamis generated by various geological phenomena, including earthquakes, volcanic activity, and submarine landslides. The earthquake triggered a tsunami that reached heights of up to 6 meters along the Japanese coastline, with significant crustal deformation observed, as documented by satellite imagery.
This study aims to investigate the local tsunami effects within Toyama Bay, particularly focusing on an early tsunami arrival that may not be directly linked to the earthquake itself. Previous research suggested that submarine landslides could contribute to tsunami generation, a hypothesis supported by the identification of a substantial submarine mass failure near Toyama City following the earthquake. The authors propose to enhance tsunami simulation models by incorporating a landslide model to improve accuracy and relevance to observed data, utilizing advanced techniques such as tsunami back-propagated travel time analysis and spectral and wavelet analyses to ascertain the properties of the submarine landslide.
Results
The results section presents a comprehensive analysis of tsunami travel times and waveforms following the January 2024 Noto Peninsula earthquake. Back-propagated tsunami travel time contours indicate that stations Mikuni, Kashiwazaki, Sado, and Naoetsu WG align closely with the earthquake’s epicenter, while Toyama tide gauge and Toyama WG, located approximately 60 km away, suggest an additional source for the early tsunami onset. The study identifies significant discrepancies between observed and simulated tsunami waveforms, particularly at Toyama stations, where earthquake source models fail to account for early tsunami arrivals. Fourier and wavelet analyses reveal distinct spectral peaks, indicating that the early waves likely originate from a submarine landslide, with estimated wave periods between 5 and 14 minutes.
Further simulations incorporating both earthquake and submarine landslide sources demonstrate improved agreement with observed tsunami heights and waveforms, particularly at Toyama WG. The combined model enhances the prediction of tsunami timing and amplitude, highlighting the limitations of relying solely on earthquake models for tsunami forecasting. The findings underscore the necessity for tsunami warning systems to consider non-seismic sources, such as underwater landslides, to enhance evacuation and disaster mitigation efforts. Additionally, the study suggests the potential existence of another submarine landslide source affecting Naoetsu WG, warranting further investigation through bathymetric surveys.
Discussion
In this study, we analyzed tsunami data from the January 2024 Noto Peninsula earthquake, focusing on local characteristics by utilizing data from four tide gauges and two wave gauges in the Sea of Japan region. The data were processed to remove tidal signals, and bathymetric information was sourced from the Japan Hydrographic Association. We compared three earthquake source models to simulate the tsunami’s generation, employing Fourier and wavelet analyses to identify dominant wave periods and characterize the tsunami waves. The spectral analysis revealed significant insights into the tsunami’s origin, particularly in relation to potential submarine landslides.
Our findings indicate that the earthquake likely triggered a submarine landslide in Toyama Bay, which significantly influenced the tsunami’s characteristics, including its early arrival. The analysis suggested a submarine landslide approximately 3000 m in length, located about 4 km offshore, was responsible for the rapid onset of the tsunami observed at Toyama stations. The combined effects of the earthquake and the submarine landslide provided a more accurate representation of the tsunami waveforms, highlighting the potential hazards associated with submarine landslides in the region. This underscores the need for improved tsunami forecasting systems to enhance disaster preparedness in Toyama Bay, particularly given the historical context of similar events.