Zondag 26 december 2004 staat bij veel mensen in het geheugen gegrift. Een enorm zware zeebeving in de Indische Oceaan veroorzaakte een vloedgolf waarbij zo’n 230.000 mensen in onder meer Thailand en India om het leven kwamen. Een snel en betrouwbaar waarschuwingssysteem had een groot aantal van hen kunnen redden.
Helaas is het niet zo eenvoudig om zo’n systeem op te zetten. De tijd dringt – er zitten maar enkele uren tussen een beving en het moment dat een tsunami aan wal komt en alles op zijn pad vernietigt – en er zijn nogal wat variabelen die een rol spelen bij het ontstaan van tsunami’s. Britse en Amerikaanse onderzoekers hebben toch een succesvolle poging gewaagd om toekomstige vloedgolven nauwkeuriger en sneller te kunnen voorspellen. Door een combinatie van ultramoderne geluidstechnologie en slimme AI-modellen is het team in staat om zeebevingen razendsnel te identificeren en de potentiële destructieve kracht van de daaruit voortvloeiende tsunami’s in te schatten.
Verticale slip
Wanneer een zeebeving ertoe leidt dat grote hoeveelheden water omhoog en opzij worden gedrukt, dan stijgt het tsunami-gevaar. “Als tektonische platen over elkaar heen schuren, verplaatst er door de verticale beweging, oftewel de verticale slip, een grote hoeveelheid water. Dit maakt de kans op vloedgolven een stuk groter, vergeleken met horizontale tektonische bewegingen”, legt onderzoeker Bernabe Gomez uit. “Het is dus van het grootste belang om zo snel mogelijk te weten te komen hoe de platen ten opzichte van elkaar bewegen tijdens een zeebeving. Dit voorkomt valse tsunamialarmen en verbetert de betrouwbaarheid en geloofwaardigheid van het waarschuwingssysteem.”
Hydrofoons
Elke seconde telt bij zware zeebevingen. Het is niet genoeg om te wachten op de gegevens die diepzeeboeien doorsturen. Deze drijvende sensoren meten onder andere de waterhoogte. De onderzoekers komen met een beter idee: ze meten de ‘akoestische straling’, oftewel het geluid dat de zeebeving produceert. Deze trillingen bevatten een schat aan informatie over tektonische gebeurtenissen en belangrijker nog: ze bewegen zich veel sneller voort dan tsunamigolven. Speciale onderwatermicrofoons, hydrofoons genoemd, nemen deze akoestische golven op. Zo wordt de tektonische activiteit in real time gemonitord.
Akoestisch drukveld
“Akoestische straling beweegt zich veel sneller door het water dan tsunamigolven. Het bevat belangrijke informatie van de bron en het desbetreffende drukveld kan van veraf worden opgemeten. De akoestische golven kunnen zelfs nog op duizenden kilometers afstand van het epicentrum van de beving worden opgepikt. Alles wat nodig is om het tsunamirisico in te schatten, zit verscholen in de data van dit akoestische drukveld. Om dit in real time te kunnen analyseren, gebruiken we kunstmatige intelligentie”, vertelt seismoloog Usama Kadri.
Het computermodel gebruikt AI-algoritmes om de data van de hydrofoons razendsnel te verwerken en berekent zo de locatie, kracht en mate van de verticale tektonische beweging van de zeebeving. Daarna worden de richting, lengte, breedte, verticale snelheid en duur van een mogelijke tsunami voorspeld. Op deze manier kan de locatie, tijd van aankomst, grootte en impact van vloedgolven sneller en nauwkeuriger aan de plaatselijke autoriteiten worden doorgegeven. Zo’n systeem zou bij een volgende ramp enorm veel mensenlevens kunnen redden.
Backtesting veelbelovend
De onderzoekers hebben hun model getest met historische hydrofoondata van verschillende bevingen in de Indische Oceaan, die tsunami’s veroorzaakten bij Matavai, Samoa (2009), de Bonin Eilanden (2010), Kushiro (2012) en Honshu (2013), alledrie in Japan. Het computermodel berekende binnen enkele seconden allerlei details van de bevingen en de tsunami’s die eruit voortvloeiden, zonder al te veel computerkracht nodig te hebben. De wetenschappers zijn druk bezig om het model verder te verfijnen om de uitkomsten nog nauwkeuriger te krijgen. De studie is onderdeel van een groter project in de zoektocht naar betere waarschuwingssystemen aan de kust en op zee, ook om de veiligheid van zeeschepen en offshoreplatforms te verbeteren.
