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EARTH EXPLAINED · GUIDA ALLA LEZIONE

Il giorno in cui il Giappone si spostò

Il terremoto e lo tsunami di Tōhoku del 2011, a partire dalle placche

Video 9:27Livello Classi 6–12 · geologia universitaria introduttivaStandard MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, HS-PS4-1
Lingua Italiano

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Perché uno dei paesi meglio preparati della Terra soffrì comunque così tanto l'11 marzo 2011, quando i segnali d'allarme erano scritti nella sua storia e sepolti nel suo suolo da più di mille anni?

L'11 marzo 2011 la placca pacifica scivolò fino a 50 metri sotto il Giappone settentrionale, lungo la Fossa del Giappone, in un terremoto di magnitudo 9,0–9,1, il più forte mai misurato in Giappone. Questa lezione segue l'evento a partire dalle placche: la faglia di subduzione bloccata che accumulò deformazione per secoli, lo tsunami di Jōgan dell'869, la cui sabbia giace ancora sotto la pianura di Sendai, i primi minuti di allerta, uno tsunami che risalì fino a circa 40 metri e attraversò il Pacifico, le conseguenze umane e fisiche, e i cambiamenti che il Giappone introdusse in seguito. Si conclude con la fossa di Nankai, la faglia che il Giappone sta tenendo d'occhio adesso.

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Obiettivi di apprendimento Dopo questa lezione, gli studenti sapranno:

  1. Identificare le quattro placche che si incontrano in Giappone e spiegare come la subduzione della placca pacifica nella Fossa del Giappone accumula deformazione su una faglia bloccata e la rilascia in grandi terremoti.
  2. Spiegare come un improvviso sollevamento del fondale marino genera uno tsunami, e perché uno tsunami viaggia veloce e basso in oceano profondo ma rallenta e cresce quando raggiunge la costa.
  3. Usare i documenti storici e gli strati di sabbia degli tsunami per spiegare come lo tsunami di Jōgan dell'869 rivelò il pericolo, e perché le previsioni, che si aspettavano un terremoto di magnitudo 8 circa, lo sottostimarono comunque.
  4. Descrivere come funzionarono l'allerta precoce per i terremoti e le allerte tsunami l'11 marzo 2011, spiegando anche perché la prima stima di magnitudo, 7,9, era troppo bassa e come le osservazioni in mare corressero le allerte.
  5. Interpretare le misure degli effetti fisici dell'evento: lunghezza della rottura e scorrimento, altezza di risalita, spostamento GPS e abbassamento della costa, e la variazione calcolata della durata del giorno.
  6. Valutare che cosa protesse le persone e che cosa fallì, usando la pietra dello tsunami di Aneyoshi, le esercitazioni nelle scuole di Kamaishi, le barriere frangiflutti scavalcate e la centrale nucleare di Fukushima Daiichi.
  7. Spiegare come il Giappone ha cambiato le sue allerte e il suo monitoraggio dopo il 2011, e interpretare una probabilità a lungo termine come la previsione a 30 anni per la fossa di Nankai.

Prima della visione

Lessico chiave ★ termini di approfondimento per gli studenti più grandi

Placca tettonica
Una grande lastra del guscio esterno rigido della Terra, di solito spessa circa 100 km, che si muove lentamente sopra il mantello sottostante, più caldo e più tenero. Il Giappone si trova dove si incontrano quattro placche: la placca pacifica, quella del Mare delle Filippine, quella nordamericana e quella euroasiatica.
Subduzione
Il processo in cui una placca si piega e sprofonda sotto un'altra, tornando giù nel mantello. Al largo del Giappone nord-orientale, la placca pacifica sprofonda sotto il Giappone.
Fossa oceanica
La lunga e profonda valle del fondale marino dove una placca si piega verso il basso sotto un'altra. La Fossa del Giappone, dove la placca pacifica inizia la sua discesa, è profonda circa 8 km.
Faglia bloccata
Una parte di un margine tra placche dove l'attrito tiene unite le due placche, così che il loro movimento viene immagazzinato come deformazione elastica nella roccia, come una molla che viene caricata, finché la faglia non scorre all'improvviso in un terremoto.
Tsunami
Una serie di onde oceaniche prodotte quando una grande massa d'acqua viene spinta all'improvviso, in questo caso dal fondale marino che balza verso l'alto. La prima onda spesso non è la più grande.
Magnitudo
Una misura della grandezza di un terremoto. Ogni gradino intero corrisponde a circa 32 volte più energia rilasciata. Il terremoto del 2011 fu di magnitudo 9,0 secondo il calcolo della Japan Meteorological Agency (l'agenzia meteorologica del Giappone) e di 9,1 secondo quello dell'U.S. Geological Survey.
Deposito di tsunami
Uno strato di sabbia trasportato nell'entroterra dalla spiaggia e dal fondale da uno tsunami e lasciato sopra il suolo o il fango di una palude. I microfossili marini contenuti nella sabbia mostrano che proviene dal mare.
Risalita (run-up)
L'altezza sul livello del mare del punto più alto della terraferma raggiunto dall'acqua. Può essere molto maggiore dell'altezza dell'onda sulla linea di costa, soprattutto in fondo a baie strette e dai fianchi ripidi.
Allerta precoce per i terremoti
Un sistema che rileva le prime onde sismiche, più veloci, vicino all'origine di un terremoto già in corso e invia un avviso prima che le scosse più lente e più forti arrivino più lontano. Dà da pochi secondi a circa un minuto di preavviso, non ore.
Subsidenza
L'abbassamento della superficie del terreno. Nel 2011 la penisola di Oshika si abbassò di circa 1,2 m in pochi minuti, lasciando parti della costa permanentemente più basse e più esposte al mare.
Pietra dello tsunami
Un monumento di pietra sulla costa del Giappone che ricorda uno tsunami del passato e avverte le generazioni successive, come la pietra di Aneyoshi: non costruite le vostre case sotto questo punto.
Durata del giorno
Il tempo che la Terra impiega per compiere un giro su se stessa, circa 86.400 secondi. Spostare massa più vicino all'asse della Terra fa girare il pianeta un po' più velocemente, come fa una pattinatrice quando raccoglie le braccia.
Terremoto di megaspinta (megathrust)★
Un terremoto sulla faglia poco inclinata tra una placca in subduzione e la placca che le sta sopra. Tutti i terremoti di magnitudo 9 e superiore, compreso il terremoto di Tōhoku del 2011, sono stati eventi di megaspinta.
Momento sismico★
La grandezza fisica di un terremoto: la rigidità della roccia × l'area della faglia che è scorsa × lo scorrimento medio. La magnitudo momento si calcola a partire da esso.
Paleosismologia★
Lo studio dei terremoti e degli tsunami avvenuti prima che esistessero gli strumenti, usando prove come strati di sabbia sepolti, cambiamenti improvvisi del livello del suolo e materiale vegetale datato.
Base di progetto★
Il pericolo più grande, come un terremoto, un'alluvione o uno tsunami, a cui una struttura è progettata per resistere. A Fukushima Daiichi lo tsunami la superò di gran lunga.

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0:00Il momento

Alle 2:46 del pomeriggio di venerdì 11 marzo 2011, il fondale marino a circa 70 km al largo del Giappone nord-orientale cedette. Il suolo tremò per diversi minuti e in molti punti della costa le persone ebbero circa mezz'ora prima che arrivasse il mare.

0:34Quattro placche

Il Giappone si trova dove si incontrano la placca pacifica, quella del Mare delle Filippine, quella nordamericana e quella euroasiatica. La placca pacifica si muove verso il Giappone di circa 8 cm all'anno e sprofonda nella Fossa del Giappone; dove le placche si bloccano, la deformazione si accumula finché la faglia non scorre e il fondale marino balza verso l'alto. Ecco perché il Giappone subisce circa uno su cinque dei forti terremoti del mondo e ha più di un centinaio di vulcani attivi.

2:00Avvertimenti dal passato

Lo tsunami di Jōgan dell'869 inondò la pianura di Sendai e annegò circa 1.000 persone, e dal 1990 circa i geologi trovarono la sua sabbia, con strati più antichi sotto, molto all'interno; eppure le previsioni ufficiali si aspettavano un terremoto di magnitudo 8 circa, non 9. Sulla costa di Sanriku, gli tsunami del 1896 e del 1933 uccisero circa 22.000 e 3.000 persone, e il villaggio di Aneyoshi incise un avvertimento nella pietra.

3:192:46 del pomeriggio

La rottura iniziò a circa 70 km al largo della penisola di Oshika, a circa 30 km di profondità, si propagò per circa 400 km lungo la fossa e scorse fino a circa 50 m. L'allerta precoce diede a Tokyo circa un minuto; la prima allerta tsunami, emessa tre minuti dopo il terremoto, si basava su una magnitudo di 7,9 e prevedeva da 3 a 6 m, e fu alzata a più di 10 m quando i sensori in mare rilevarono l'onda reale.

4:38L'onda

Perché uno tsunami attraversa l'oceano profondo alla velocità di un jet e si accumula vicino alla riva. L'acqua risalì fino a circa 40 m vicino a Miyako, scavalcò le barriere frangiflutti, travolse l'aeroporto di Sendai e inondò più di 500 km², mentre Aneyoshi, costruita sopra la sua pietra, fu risparmiata. A Fukushima Daiichi un'onda alta circa 14 m inondò un sito progettato per circa 6 m, e tre reattori andarono in fusione; lo tsunami raggiunse le Hawaii in circa 7 ore, la California in circa 10 e il Cile in circa un giorno.

6:16Le conseguenze

Più di 18.000 persone morirono o non furono mai ritrovate, la maggior parte per annegamento, e circa 122.000 edifici furono distrutti; la Banca Mondiale stimò i danni fino a 235 miliardi di dollari. Il GPS mostrò che la penisola di Oshika si spostò di 5,3 m e si abbassò di 1,2 m, e un calcolo della NASA suggerisce che il giorno si accorciò di circa 1,8 milionesimi di secondo. A Kamaishi, anni di esercitazioni fecero sì che quasi tutti i circa 3.000 scolari della città sopravvivessero.

7:22Cosa ha cambiato il Giappone

Dal 2013, quando un terremoto è troppo grande per essere misurato rapidamente, la prima allerta tsunami dice che lo tsunami sarà 'enorme' invece di tirare a indovinare un numero. Una rete di 150 stazioni sul fondale collegate via cavo ora sorveglia le fosse del Giappone e delle Curili, e più di 400 km di nuove barriere frangiflutti, alcune alte più di 12 m, proteggono la costa.

7:57Ancora in movimento

Il Giappone avverte ancora circa 2.000 terremoti all'anno. Nel 2025 il governo ha stimato la probabilità di un grande terremoto nella fossa di Nankai entro 30 anni al 60–90% o più con un metodo e al 20–50% con un altro. Il riassunto: tre cose da ricordare e la lezione della pietra di Aneyoshi.

Idee errate comuni Per il docente

Idea errataUno tsunami è un unico, gigantesco muro d'acqua, alto al largo quanto sulla costa.

Cosa mostrano i datiIn oceano profondo uno tsunami può essere alto appena un metro, anche se si muove a circa 800 km/h. Cresce solo quando rallenta in acque poco profonde, e arriva come una serie di onde. Nel 2011 le prime piccole misure sulla costa portarono alcune persone a credere che lo tsunami sarebbe stato modesto, e per questo la Japan Meteorological Agency (l'agenzia meteorologica del Giappone) cambiò in seguito il modo in cui annuncia le prime osservazioni.

Idea errataLa prima allerta tsunami ti dice quanto sarà grande l'onda, quindi se la previsione è più bassa della barriera frangiflutti locale sei al sicuro.

Cosa mostrano i datiLa prima previsione del 2011, da 3 a 6 m, si basava su una stima di magnitudo di 7,9 decisamente troppo bassa, e l'agenzia meteorologica del Giappone concluse che potrebbe aver ritardato alcune evacuazioni. La risposta sicura a una scossa forte e lunga sulla costa è salire subito su un'altura, qualunque sia il primo numero.

Idea errataGli scienziati non avevano alcun modo di sapere che uno tsunami così grande potesse colpire questa costa.

Cosa mostrano i datiLo tsunami di Jōgan dell'869 era descritto nei documenti storici del Giappone, e dal 1990 circa i geologi trovarono la sua sabbia, e strati più antichi, a chilometri nell'entroterra sulla pianura di Sendai. Le prove esistevano; le previsioni ufficiali si aspettavano comunque un terremoto di magnitudo 8 circa, perché la serie di registrazioni strumentali era breve e il lavoro geologico era ancora in via di traduzione in valutazioni della pericolosità.

Idea errataL'allerta precoce per i terremoti prevede i terremoti prima che avvengano.

Cosa mostrano i datiL'allerta precoce rileva un terremoto già iniziato e gareggia con le onde più lente e più distruttive. Può dare da qualche decina di secondi a circa un minuto lontano dall'origine, come a Tokyo nel 2011, ma i luoghi più vicini alla rottura possono sentire forti scosse prima che arrivi qualsiasi avviso.

Idea errataIl terremoto del 2011 spostò la Terra dal suo asse e cambiò in modo percepibile la durata del giorno.

Cosa mostrano i datiSecondo un calcolo della NASA il giorno si accorciò di circa 1,8 milionesimi di secondo, e l'asse attorno al quale è bilanciata la massa della Terra si spostò di circa 17 cm; l'asse della Terra nello spazio non si mosse. Il cambiamento fu calcolato, non percepito, ed è molto più piccolo delle variazioni naturali della durata del giorno causate dai venti, dalle correnti oceaniche e dal nucleo terrestre.

Domande di discussione

  1. I geologi avevano trovato la sabbia dello tsunami di Jōgan sulla pianura di Sendai più di vent'anni prima del 2011, eppure le previsioni ufficiali si aspettavano un terremoto di magnitudo 8 circa. Perché può volerci molto tempo prima che nuove prove geologiche cambino i piani ufficiali? Come dovrebbe agire una società di fronte a prove solide ma non ancora certe?
  2. Ad Aneyoshi, una pietra incisa dopo il 1933 tenne ogni casa fuori dalla portata dello tsunami del 2011. Altrove, le barriere frangiflutti costruite per gli tsunami precedenti furono scavalcate. Confronta i due tipi di protezione: quali sono i punti di forza e i punti deboli di una regola ricordata e di un muro progettato dagli ingegneri?
  3. Gli scolari di Kamaishi si erano esercitati per anni su un'unica regola: dopo un forte terremoto, correre subito verso un'altura e non aspettare nessuno. Perché una regola semplice come questa potrebbe salvare più vite che aspettare un'allerta ufficiale? Ti vengono in mente situazioni in cui sarebbe difficile seguirla?
  4. La prima allerta tsunami del 2011 diede un numero che si rivelò decisamente troppo basso. Dal 2013, quando la grandezza è incerta, la prima allerta dice semplicemente che lo tsunami sarà 'enorme'. Un'allerta senza numero è migliore o peggiore di una previsione precisa ma forse sbagliata? Spiega il tuo ragionamento.
  5. A Fukushima Daiichi un'onda alta circa 14 m colpì un sito progettato per circa 6 m. Come dovrebbero decidere ingegneri e governi quanto grande debba essere il pericolo a cui una centrale nucleare, un ospedale o una scuola deve resistere, quando gli eventi più grandi avvengono solo ogni qualche centinaio o migliaio di anni?
  6. Per la fossa di Nankai, il governo del Giappone ha fornito due probabilità a 30 anni: 60–90% o più con un metodo e 20–50% con un altro. Che cosa significa ciascun numero per una famiglia, una città e un governo nazionale? Quale metteresti in evidenza nei messaggi al pubblico, e perché?

Quiz Scegli una risposta; si corregge da sola

1.Che cosa succede dove la placca pacifica incontra il Giappone settentrionale, nella Fossa del Giappone?

2.Perché una faglia di subduzione produce grandi terremoti improvvisi invece di scorrere dolcemente tutto il tempo?

3.Quali prove mostrarono che tsunami giganteschi avevano colpito la pianura di Sendai molto prima del 2011?

4.Tre minuti dopo il terremoto, la prima allerta tsunami prevedeva onde da 3 a 6 metri. Perché questa previsione era decisamente troppo bassa?

5.In oceano profondo uno tsunami può essere alto appena un metro, eppure viaggia a circa 800 km/h. Che cosa succede quando raggiunge le acque poco profonde vicino alla costa?

6.Che cosa portò al disastro della centrale nucleare di Fukushima Daiichi?

7.Il GPS mostrò che la penisola di Oshika si spostò di circa 5,3 metri verso il mare e si abbassò di circa 1,2 metri. Che cosa ci dice questo?

8.Quasi tutti i circa 3.000 scolari di Kamaishi sopravvissero allo tsunami. Che cosa fece la differenza più grande?

9.Dal 2013, se un terremoto è troppo grande per essere misurato rapidamente, che cosa fa la prima allerta tsunami dell'agenzia meteorologica del Giappone?

10.Nel 2025 il governo del Giappone ha stimato la probabilità di un grande terremoto nella fossa di Nankai entro 30 anni al 60–90% o più con un metodo e al 20–50% con un altro. Quale interpretazione è la migliore?

Risposta scritta

1. Spiega, passo dopo passo, come il terremoto del 2011 produsse uno tsunami che raggiunse la costa del Giappone in circa mezz'ora e attraversò l'intero Pacifico. Usa i termini subduzione, faglia bloccata, deformazione, sollevamento del fondale marino e acque poco profonde.

Cosa include una buona risposta

La placca pacifica converge con il Giappone di circa 8 cm all'anno e va in subduzione nella Fossa del Giappone. Dove le placche si toccano la faglia è bloccata, quindi il bordo del Giappone viene trascinato verso il basso e compresso e si accumula deformazione elastica. Nel 2011 la deformazione vinse l'attrito: la faglia scorse fino a circa 50 m su una zona lunga circa 400 km, il bordo compresso scattò indietro e il fondale marino balzò verso l'alto, sollevando tutta la colonna d'acqua sovrastante. La gravità riportò giù l'acqua sollevata, mandando onde in ogni direzione. In oceano profondo viaggiavano a circa 800 km/h, alte appena un metro; in acque poco profonde vicino alla costa rallentarono e crebbero, raggiungendo le coste vicine in circa mezz'ora e risalendo fino a circa 40 m in alcuni punti. Attraverso il Pacifico aperto raggiunsero le Hawaii in circa 7 ore e il Cile in circa un giorno.

2. Usando come esempio lo tsunami di Jōgan dell'869, spiega come la geologia può rivelare un pericolo che le registrazioni strumentali non mostrano, e perché il terremoto del 2011 fu comunque più grande di quanto si aspettassero le previsioni ufficiali.

Cosa include una buona risposta

I sismografi registrano i terremoti in Giappone solo da circa un secolo, molto meno del tempo che separa gli eventi più grandi. I documenti storici del Giappone descrivevano lo tsunami dell'869 che inondò la pianura di Sendai e annegò circa 1.000 persone. Dal 1990 circa i geologi trovarono la sua sabbia, portata dal mare, a chilometri nell'entroterra, con sotto strati di sabbia più antichi, che mostravano che tsunami giganteschi avevano colpito ripetutamente, a secoli di distanza. Eppure le previsioni ufficiali si basavano soprattutto sui terremoti recenti, meglio conosciuti, e si aspettavano un evento di magnitudo 8 circa. Il lavoro geologico stava ancora stimando quanto fosse stato grande il terremoto di Jōgan, e la sua lezione completa, cioè che una sezione molto più grande della faglia potesse rompersi tutta insieme, non era ancora entrata nei piani contro i pericoli quando colpì il terremoto di magnitudo 9.

3. Confronta tre tipi di protezione descritti nell'episodio: la pietra di Aneyoshi, le esercitazioni nelle scuole di Kamaishi, e le barriere frangiflutti insieme alla centrale di Fukushima Daiichi. Quali protessero le persone, quali fallirono, e perché?

Cosa include una buona risposta

La pietra di Aneyoshi funzionò perché la sua regola non dipendeva dal prevedere la grandezza della prossima onda: ogni casa fu costruita sopra di essa, e l'onda del 2011 si fermò circa 90 m più in basso. Le esercitazioni di Kamaishi funzionarono perché una regola semplice e praticata, correre subito verso un'altura e non aspettare, non dipendeva da allerte o stime; circa il 99,8% degli studenti della città sopravvisse. Le barriere frangiflutti costruite per gli tsunami precedenti, e il sito di Fukushima Daiichi progettato per un'onda di circa 6 m, fallirono perché erano progettati per un'altezza fissa che lo tsunami del 2011, circa 14 m alla centrale, superò. La lezione è che le difese dimensionate sugli eventi passati possono essere scavalcate, mentre le regole che portano le persone fuori portata funzionano qualunque sia la grandezza dell'onda; i piani migliori usano entrambe.

Per approfondire Università e scuola superiore avanzata

Quanto velocemente uno tsunami attraversa il Pacifico, e perché cresce?

La lunghezza d'onda di uno tsunami (centinaia di chilometri) è molto maggiore della profondità dell'oceano, quindi si comporta come un'onda in acque basse la cui velocità dipende solo dalla profondità d: c = √(g·d), con g = 9,81 m/s². Quando entra in acque meno profonde, la conservazione del flusso di energia fa crescere la sua altezza all'incirca in proporzione a 1 ÷ ⁴√d, l'inverso della radice quarta della profondità (legge di Green), prima che si frangia o inondi la terraferma.

ProblemaCalcola la velocità per una profondità tipica di 5.000 m, in m/s e in km/h. La distanza lungo il cerchio massimo dall'epicentro del 2011 a Honolulu è di circa 5.960 km: prevedi il tempo di percorrenza e confrontalo con le circa sette ore dell'episodio. Poi stima di quanto crescerebbe un'onda alta 1 m sopra 4.000 m d'acqua quando raggiunge acqua profonda 10 m, e quale sarebbe lì la sua velocità. Perché la risalita sulla terraferma, circa 40 m nel 2011, può essere ancora molto maggiore?

Soluzione svolta

c = √(9,81 × 5.000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h, la velocità dell'episodio. 5.960 km ÷ 800 km/h ≈ 7,5 ore, vicino all'arrivo osservato di circa sette ore (l'onda reale segue il fondale vero, in parte più profondo di 5.000 m). Crescita: ⁴√(4.000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, quindi l'onda di 1 m diventa alta circa 4,5 m e si muove a √(9,81 × 10) ≈ 10 m/s, cioè circa 36 km/h, più veloce di quanto la maggior parte delle persone riesca a correre. La risalita è l'altezza a cui l'acqua sale sulla terraferma, non l'altezza dell'onda al largo: sulla costa di Sanriku, baie strette a forma di V incanalano il flusso e l'acqua in movimento porta la sua quantità di moto su per il pendio, così lì la risalita raggiunse circa 40 m.

Magnitudo, energia e scorrimento

L'energia irradiata aumenta di un fattore di circa 101.5 ≈ 32 per ogni gradino intero di magnitudo. La magnitudo momento è definita a partire dal momento sismico M₀ (in newton-metri) da M₀ = 101.5·Mw + 9.1, e M₀ = μ·A·D, dove μ è la rigidità della roccia, A l'area che è scorsa e D lo scorrimento medio. L'USGS modella la rottura del 2011 come lunga circa 400 km e larga 150 km, con uno scorrimento massimo da 50 a 60 m.

ProblemaQuante volte più energia rappresentava la magnitudo finale, 9,1 (USGS), rispetto alla prima stima di 7,9? Quanto conta la differenza tra il 9,0 della JMA e il 9,1 dell'USGS? Usando μ = 4 × 1010 Pa, calcola lo scorrimento medio per Mw 9,0 e Mw 9,1 e confrontalo con lo scorrimento massimo.

Soluzione svolta

101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 volte più energia della prima stima, ed è per questo che la prima previsione dello tsunami fu così bassa. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: i valori delle due agenzie differiscono di circa il 40% in energia, poco rispetto al primo errore. Per Mw 9,0, M₀ = 1022.6 ≈ 4,0 × 1022 N·m, quindi D = 4,0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1,5 × 105 m) ≈ 17 m; per Mw 9,1, M₀ ≈ 5,6 × 1022 N·m e D ≈ 23 m. Lo scorrimento medio, da circa 17 a 23 m, è meno della metà del massimo di 50-60 m, che si concentrò vicino alla fossa, dove sollevò di più il fondale marino e generò lo tsunami più grande.

Quanto preavviso può dare l'allerta precoce?

Le onde P viaggiano nella crosta a circa 6-7 km/s e le onde S, che portano la maggior parte dello scuotimento forte, a circa 3,5-4 km/s. Un sistema di allerta precoce rileva le onde P nelle stazioni vicine all'origine, stima il terremoto e invia un avviso, che poi viaggia alla velocità delle comunicazioni elettroniche. La rottura del 2011 iniziò a circa 30 km di profondità; Tokyo si trova a circa 376 km dall'epicentro e la punta della penisola di Oshika a circa 76 km.

ProblemaSupponi che l'avviso parta 30 secondi dopo l'inizio della rottura. Stima quanto tempo ebbe Tokyo prima dell'arrivo delle prime onde S. Poi stima il raggio della 'zona cieca', l'area in cui le onde S arrivano prima dell'avviso, e decidi se la penisola di Oshika vi si trovasse. Perché in un grande terremoto le scosse più forti potrebbero arrivare più tardi di quanto suggerisce questo semplice calcolo?

Soluzione svolta

Tempo di percorrenza delle onde S fino a Tokyo ≈ 376 km ÷ 3,5-4 km/s ≈ 94-107 s, quindi il tempo di preavviso è di circa 64-77 s, circa un minuto, come nell'episodio. In 30 s le onde S percorrono circa 105-120 km dall'ipocentro; a 30 km di profondità questo raggiunge la superficie fino a una distanza compresa tra √(105² − 30²) ≈ 100 km e √(120² − 30²) ≈ 116 km dall'epicentro. La penisola di Oshika, a circa 82 km dall'ipocentro, sentì le onde S dopo appena 20-23 s circa, prima di un avviso del genere. In un grande terremoto la rottura stessa continua a crescere per minuti e invia onde forti da parti della faglia che si rompono più tardi e si trovano più vicine a città lontane, quindi i tempi di preavviso reali dipendono dall'intera rottura, non solo dal suo punto di partenza.

Il bilancio della deformazione e la ricorrenza degli tsunami di tipo Jōgan

La placca pacifica converge con il Giappone settentrionale a circa 83 mm all'anno (USGS). Minoura e colleghi (2001) trovarono tre strati di sabbia di tsunami sulla pianura di Sendai e stimarono che gli tsunami più grandi colpissero circa ogni 1.000 anni; Sawai e colleghi (2012), usando età al radiocarbonio da molti siti, suggerirono intervalli da 500 a 800 anni. Un modo semplice per trasformare un intervallo di ricorrenza T in una probabilità è supporre che gli eventi avvengano a caso: P = 1 − exp(−t/T) per una finestra di t anni.

ProblemaQuanti anni di convergenza delle placche rappresenta uno scorrimento di 50 m? E uno scorrimento medio di circa 20 m? Quanta convergenza si accumulò tra l'869 e il 2011? Poi calcola la probabilità di uno tsunami di tipo Jōgan entro 30 anni ed entro 50 anni per T = 1.000 anni e T = 500 anni. Che cosa suggeriscono questi numeri sulla progettazione di centrali o città costiere per un evento 'una volta ogni mille anni'?

Soluzione svolta

50 m ÷ 0,083 m/anno ≈ 600 anni; 20 m ÷ 0,083 m/anno ≈ 240 anni. Dall'869 al 2011 (1.142 anni) si accumularono circa 95 m di convergenza, più dello scorrimento del 2011, quindi non tutta la convergenza viene immagazzinata come deformazione sulla zona bloccata: una parte viene rilasciata da scorrimenti lenti e silenziosi e dai molti terremoti più piccoli su questo margine tra placche. Ozawa e colleghi (2011) notano l'altro lato del bilancio: prima del 2011 il GPS mostrava che la deformazione si accumulava al largo del Tōhoku molto più velocemente di quanto i terremoti precedenti sul margine tra placche l'avessero in media rilasciata, il che sollevava la domanda di come quella deformazione sarebbe stata infine rilasciata. Probabilità: per T = 1.000 anni, 1 − exp(−0,03) ≈ 3% in 30 anni e 1 − exp(−0,05) ≈ 5% in 50 anni; per T = 500 anni, circa il 6% e il 10%. Qualche punto percentuale nell'arco della vita di una centrale elettrica o di una città è tutt'altro che trascurabile quando le conseguenze sono catastrofiche, ed è per questo che gli eventi rari devono far parte della progettazione, non esserne esclusi.

Il terremoto cambiò davvero la durata del giorno?

In assenza di momenti torcenti esterni, il momento angolare della Terra L = I·ω si conserva, dove I è il momento d'inerzia e ω la velocità di rotazione. Se un terremoto sposta un po' di massa più vicino all'asse, I diminuisce, ω aumenta e il giorno T = 2π/ω si accorcia: ΔT/T = ΔI/I. Richard Gross della NASA calcolò che il terremoto del 2011 accorciò il giorno di circa 1,8 microsecondi. Sul lungo periodo, l'attrito delle maree lunari allunga il giorno; misure basate su antiche eclissi mostrano un aumento medio di circa 1,8 millisecondi per secolo (Stephenson e colleghi, 2016).

ProblemaCalcola la variazione relativa del momento d'inerzia della Terra implicata da un giorno più corto di 1,8 µs. Quanti giorni della tendenza all'allungamento di lungo periodo la annullerebbero? Se il cambiamento fosse permanente, di quanto un orologio basato sulla rotazione della Terra guadagnerebbe su un orologio atomico in un anno?

Soluzione svolta

ΔI/I = ΔT/T = −1,8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2,1 × 10−11. La tendenza di 1,8 ms per secolo è 1,8 × 10−3 s ÷ 36.525 giorni ≈ 4,9 × 10−8 s al giorno per ogni giorno, quindi annullerebbe il cambiamento in circa 1,8 × 10−6 ÷ 4,9 × 10−8 ≈ 37 giorni. In un anno, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. L'effetto è reale ma minuscolo, molto più piccolo delle fluttuazioni naturali della durata del giorno causate dai venti, dalle correnti oceaniche e dal nucleo terrestre, ed è per questo che fu calcolato anziché misurato.

Allineamento agli standard

Next Generation Science Standards (NGSS, Stati Uniti)

MS-ESS2-2

Costruire una spiegazione basata su prove di come i processi geologici hanno cambiato la superficie della Terra su scale temporali e spaziali diverse.

In questo episodio: La lenta convergenza delle placche, di circa 8 cm all'anno, contro i pochi minuti di scorrimento, il sollevamento del fondale marino e l'abbassamento della costa.

MS-ESS3-2

Analizzare e interpretare dati sui pericoli naturali per prevedere futuri eventi catastrofici e orientare lo sviluppo di tecnologie per mitigarne gli effetti.

In questo episodio: Gli strati di sabbia degli tsunami e la ricorrenza, l'allerta precoce, le allerte tsunami, i cavi sul fondale, le barriere frangiflutti e la previsione per la fossa di Nankai.

HS-ESS2-1

Sviluppare un modello per illustrare come i processi interni e superficiali della Terra operano su scale spaziali e temporali diverse per formare le strutture dei continenti e dei fondali oceanici.

In questo episodio: Il modello della zona di subduzione: fossa, faglia bloccata, accumulo di deformazione e rimbalzo elastico della placca sovrastante.

HS-ESS3-1

Costruire una spiegazione basata su prove di come la disponibilità di risorse naturali, il verificarsi di pericoli naturali e i cambiamenti del clima hanno influenzato l'attività umana.

In questo episodio: La pietra di Aneyoshi, le esercitazioni di Kamaishi, la ricostruzione della costa e le nuove barriere frangiflutti, e la scelta del sito e la progettazione di Fukushima Daiichi.

HS-PS4-1

Usare rappresentazioni matematiche per sostenere un'affermazione sulle relazioni tra frequenza, lunghezza d'onda e velocità delle onde che viaggiano in mezzi diversi.

In questo episodio: La velocità di uno tsunami c = √(g·d) in acque di diverse profondità, e perché l'onda rallenta, si accorcia e cresce quando raggiunge la costa.

Advanced Placement (AP, Stati Uniti)

Corsi universitari

Geologia fisica

Margini di placca e microplacche intorno al Giappone; zone di subduzione e fosse; il ciclo sismico e il rimbalzo elastico

Rischi naturali

Terremoti di megaspinta; generazione, propagazione, shoaling e risalita degli tsunami; paleosismologia e depositi di tsunami; ricorrenza e probabilità a lungo termine; sistemi di allerta ed evacuazione

Geofisica

Momento sismico e magnitudo momento; saturazione della magnitudo; allerta precoce per i terremoti; geodesia GPS e spostamento cosismico; terremoti e rotazione della Terra

Gestione del rischio di disastri

Base di progetto ed eventi rari in ingegneria; comunicazione del rischio e formulazione delle allerte; esercitazioni della comunità e memoria dei disastri passati

Trascrizione La narrazione in italiano, come nei sottotitoli

0:00Il momento

L'11 marzo 2011, alle 2:46 di un venerdì pomeriggio, il fondale marino a 70 chilometri dalla costa nord-orientale del Giappone cedette all'improvviso.

0:10Il suolo tremò per diversi minuti, e in molti punti lungo la costa la gente ebbe circa mezz'ora prima che arrivasse il mare.

0:18Questa è la storia del terremoto più forte mai misurato in Giappone. Vedremo perché è avvenuto, perché i suoi avvertimenti avevano già 1.000 anni e che cosa ha cambiato il Giappone in seguito.

0:34Quattro placche

Per capire quel giorno dobbiamo partire dal sottosuolo, perché il Giappone si trova dove si incontrano quattro placche tettoniche della Terra.

0:41Queste quattro sono la placca pacifica, la placca del Mare delle Filippine, la placca nordamericana e la placca euroasiatica. Ognuna è una lastra di roccia spessa circa 100 chilometri, che si sposta lentamente sul pianeta.

0:54Nessuna di esse smette mai di muoversi. La placca pacifica avanza verso il Giappone di circa 8 centimetri all'anno, all'incirca il doppio della velocità con cui crescono le unghie.

1:05Al largo della costa nord-orientale, la placca pacifica incontra il Giappone settentrionale nella Fossa del Giappone, uno squarcio nel fondale profondo circa 8 chilometri.

1:14Nella fossa, la placca pacifica si piega e si immerge sotto il Giappone, sprofondando lentamente nel mantello caldo sottostante.

1:22Però non scorre in modo regolare. Dove le due placche si toccano, si bloccano a vicenda, e così anno dopo anno il bordo del Giappone viene trascinato verso il basso e compresso, come una molla caricata sempre di più.

1:34Alla fine, la tensione vince l'attrito. Nel giro di pochi minuti la faglia scorre, il bordo compresso della placca scatta indietro e il fondale balza verso l'alto, sollevando tutto l'oceano sovrastante.

1:47Questo processo spiega perché il Giappone subisce circa uno su cinque dei forti terremoti del mondo, e perché il paese ha più di 100 vulcani attivi.

2:00Avvertimenti dal passato

Il Giappone ha documenti scritti sui terremoti che risalgono a più di 1.000 anni fa, e uno di essi descrive una notte dell'anno 869.

2:09Quella notte, un grande terremoto colpì vicino a quella che oggi è la città di Sendai, e il mare si riversò molto all'interno attraverso la pianura costiera. Circa 1.000 persone annegarono.

2:19A partire dal 1990 circa, i geologi che scavavano in quella stessa pianura trovarono il segno inconfondibile dello tsunami. Era uno strato di sabbia marina, a chilometri dalla costa, con sotto strati di sabbia più antichi, lasciati da onde giganti ancora precedenti.

2:35Le prove dimostravano che tsunami giganteschi avevano colpito questa costa più e più volte, a distanza di secoli. Le previsioni ufficiali si aspettavano effettivamente un forte terremoto in questa zona, ma di magnitudo intorno a 8, non nove.

2:49Più a nord, sulla frastagliata costa di Sanriku, i ricordi erano più recenti. Nel 1896, uno tsunami vi risalì fino a 38 metri di altezza e uccise circa 22.000 persone.

3:02Nel 1933, un altro tsunami uccise circa 3.000 persone in più. In seguito, gli abitanti di un piccolo villaggio chiamato Aneyoshi incisero un avvertimento nella pietra.

3:12L'iscrizione dice: non costruite le vostre case al di sotto di questo punto.

3:192:46 del pomeriggio

L'11 marzo 2011, alle 2:46 del pomeriggio, la faglia finalmente cedette. La rottura iniziò a circa 70 chilometri al largo della penisola di Oshika, a circa 30 chilometri di profondità.

3:32Da lì, si propagò lungo la fossa per circa 400 chilometri, e in alcuni punti le due placche scivolarono l'una rispetto all'altra fino a 50 metri.

3:41Il sistema di allerta precoce per i terremoti del Giappone svolse il suo compito principale. I suoi sensori rilevarono le prime onde, più veloci, e gli avvisi partirono prima dell'arrivo delle scosse più forti.

3:53Tokyo, a circa 370 chilometri di distanza, ricevette l'avviso circa un minuto prima, anche se l'allerta sottostimò di molto le scosse in quella zona.

4:02Tre minuti dopo il terremoto, l'agenzia meteorologica del Giappone emise il livello più alto di allerta tsunami. La prima stima delle dimensioni del terremoto, però, era di gran lunga troppo bassa, magnitudo 7,9, quindi anche le prime previsioni sulle onde erano troppo basse, da 3 a 6 metri.

4:21Poi i sensori in mare aperto rilevarono l'onda reale, e le allerte furono alzate a oltre 10 metri. La magnitudo finale fu 9 secondo il calcolo del Giappone e 9,1 secondo l'U.S. Geological Survey.

4:38L'onda

In oceano profondo, uno tsunami si muove veloce quasi come un jet, a circa 800 chilometri orari, anche se può essere alto appena un metro.

4:50Man mano che l'acqua diventa meno profonda vicino alla costa, l'onda rallenta, e poiché l'acqua dietro di essa continua ad arrivare, non le resta che salire verso l'alto.

4:59Questo tsunami si propagò in ogni direzione, attraverso l'intero Pacifico.

5:04Vicino a Miyako, l'acqua risalì un pendio fino a 40 metri sul livello del mare, e le barriere frangiflutti costruite per gli tsunami precedenti furono semplicemente scavalcate.

5:14Le navi furono trascinate molto all'interno. Questo traghetto a Miyako rimase arenato tra le case.

5:21Sulla pianura di Sendai, lo stesso terreno che era stato inondato nell'869, il mare travolse l'aeroporto di Sendai e proseguì per chilometri nell'entroterra.

5:30In totale, più di 500 chilometri quadrati del Giappone finirono sott'acqua, e interi paesi di pescatori lungo la costa furono distrutti.

5:39Ad Aneyoshi, l'onda si fermò circa 90 metri più in basso della vecchia pietra. Ogni casa del villaggio era stata costruita più in alto, e furono tutte risparmiate.

5:49Alla centrale nucleare di Fukushima Daiichi, un'onda alta circa 14 metri inondò un sito progettato per circa sei. La centrale rimase senza corrente, tre reattori andarono in fusione, e divenne il peggior incidente nucleare dai tempi di Cernobyl.

6:04Nel frattempo, lo tsunami continuava a viaggiare. Raggiunse le Hawaii circa sette ore dopo e la California dopo circa dieci, distruggendo le barche nei porti, e circa un giorno dopo il terremoto raggiunse il Cile.

6:16Le conseguenze

Più di 18.000 persone morirono o non furono mai ritrovate, la maggior parte per annegamento, e più di 120.000 edifici furono distrutti.

6:25La Banca Mondiale stimò i danni fino a 235 miliardi di dollari, il che all'epoca ne fece il disastro naturale più costoso mai registrato.

6:36Il terremoto modificò persino la forma della terra stessa. La penisola di Oshika si spostò di oltre 5 metri verso il mare e si abbassò di più di un metro.

6:46Spostò inoltre così tanta massa della Terra che, secondo un calcolo della NASA, il pianeta ora ruota leggermente più veloce. Ogni giorno si è accorciato di circa 1,8 milionesimi di secondo, troppo poco perché qualcuno se ne accorga.

7:01Ci sono anche storie di sopravvivenza. Nella città di Kamaishi, gli scolari si erano esercitati per anni su una semplice regola: dopo un forte terremoto, correre subito verso un'altura, senza aspettare nessuno.

7:14Quasi tutti gli studenti della città, che erano quasi 3.000, sopravvissero.

7:22Cosa ha cambiato il Giappone

Il Giappone ha ricostruito il suo sistema di allerta tsunami. Oggi, quando un terremoto è troppo forte per essere misurato rapidamente, la prima allerta non tenta più di indovinare un numero. Dice semplicemente alla popolazione che lo tsunami sarà enorme.

7:35Lungo le fosse del Giappone e delle Curili, 150 stazioni sul fondale ora ascoltano terremoti e tsunami, collegate alla terraferma da circa 5.500 chilometri di cavo.

7:47Più di 400 chilometri di nuove barriere frangiflutti ora proteggono la costa, e alcune sono alte più di 12 metri.

7:57Ancora in movimento

Le placche non hanno smesso di muoversi. In un anno tipico, il Giappone avverte circa 2.000 terremoti, cioè da cinque a sei al giorno. La maggior parte sono così lievi che li nota solo chi è seduto immobile al chiuso, ma ognuno è un segno delle stesse placche, ancora in movimento.

8:13Gli scienziati tengono d'occhio anche un'altra faglia, la fossa di Nankai, al largo del Giappone sud-occidentale. Nel 2025, il governo del Giappone ha stimato la probabilità di un grande terremoto in quella zona entro 30 anni. Secondo un metodo, è dal 60 al 90% o più; secondo un altro, dal 20 al 50%.

8:32Quindi, tre cose da ricordare. Primo, il terremoto del 2011 fu causato dalla placca pacifica che scivolò fino a 50 metri sotto il Giappone settentrionale, nella Fossa del Giappone. Ciò ne fece un terremoto di magnitudo 9, il più forte mai misurato in Giappone. Secondo, fu lo tsunami a causare la maggior parte dei danni: risalì fino a 40 metri di altezza, e più di 18.000 persone morirono o non furono mai ritrovate. E terzo, gli avvertimenti c'erano già, nell'inondazione dell'869 e in pietre come quella di Aneyoshi.

9:05La pietra di Aneyoshi è ancora in piedi, e il suo messaggio è la lezione di tutta questa storia. La Terra tiene il proprio calendario, e ricorda ciò che noi dimentichiamo. Grazie per aver guardato Earth Explained. Iscriviti per la prossima storia e guarda il pianeta in diretta, a ogni ora, su EarthWatch 24-7.

Fonti

  1. U.S. Geological Survey. M 9.1 – 2011 Great Tohoku Earthquake, Japan. Earthquake Hazards Program event page, with tectonic summary. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20110311054624120_30/executiveUsata per: Magnitudo 9,1, posizione e profondità, movimento delle placche di 83 mm all'anno, dimensioni della rottura e scorrimento
  2. Japan Meteorological Agency. (2013). Lessons learned from the tsunami disaster caused by the 2011 Great East Japan Earthquake and improvements in JMA's tsunami warning system. www.data.jma.go.jp/eqev/data/en/tsunami/LessonsLearned_Improvements_brochure.pdfUsata per: La prima allerta alle 14:49 (M7,9, da 3 a 6 m), gli innalzamenti a più di 10 m, la magnitudo finale di 9,0 e le allerte 'enorme' del 2013
  3. National Police Agency of Japan. (2021). Police countermeasures and damage situation associated with 2011 Tohoku district – off the Pacific Ocean Earthquake (March 10, 2021). www.npa.go.jp/news/other/earthquake2011/pdf/higaijokyo_e.pdfUsata per: Morti, dispersi ed edifici distrutti
  4. Ozawa, S., Nishimura, T., Suito, H., Kobayashi, T., Tobita, M., & Imakiire, T. (2011). Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude-9 Tohoku-Oki earthquake. Nature, 475, 373–376. doi.org/10.1038/nature10227Usata per: Misure GPS (GEONET) di quanto si spostò il terreno, e lo scorrimento sulla faglia per circa 400 km lungo la fossa
  5. The 2011 Tohoku Earthquake Tsunami Joint Survey Group. 現地調査結果 (Field survey results). In Japanese. coastal.jp/ttjt/index.php?%E7%8F%BE%E5%9C%B0%E8%AA%BF%E6%9F%BB%E7%B5%90%E6%9E%9CUsata per: Altezze dello tsunami e risalita di circa 40 m
  6. Minoura, K., Imamura, F., Sugawara, D., Kono, Y., & Iwashita, T. (2001). The 869 Jōgan tsunami deposit and recurrence interval of large-scale tsunami on the Pacific coast of northeast Japan. Journal of Natural Disaster Science, 23(2), 83–88. www.jsnds.org/jnds/23_2_3.pdfUsata per: Lo tsunami di Jōgan, la sua sabbia a circa 3-4 km nell'entroterra, circa 1.000 morti e una ricorrenza di circa 1.000 anni
  7. Sawai, Y., Namegaya, Y., Okamura, Y., Satake, K., & Shishikura, M. (2012). Challenges of anticipating the 2011 Tohoku earthquake and tsunami using coastal geology. Geophysical Research Letters, 39, L21309. doi.org/10.1029/2012GL053692Usata per: I depositi di Jōgan lungo la costa, la loro ricorrenza e perché le prove non fecero prevedere una magnitudo 9
  8. Fackler, M. (2011, April 20). Tsunami warnings, written in stone. The New York Times (reprinted by NBC News). www.nbcnews.com/id/wbna42688590Usata per: La pietra di Aneyoshi e il punto in cui si fermò l'onda del 2011
  9. International Atomic Energy Agency. (2015). The Fukushima Daiichi Accident: Report by the Director General. IAEA, Vienna. www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1710-ReportByTheDG-Web.pdfUsata per: L'onda di 14-15 m, le ipotesi di progetto della centrale e la perdita di elettricità e raffreddamento
  10. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2011, March 14). Japan quake may have shortened Earth days, moved axis. News release (Richard Gross), as reprinted by Geology.com. geology.com/nasa/japan-earthquakeUsata per: La variazione di 1,8 microsecondi della durata del giorno e lo spostamento di 17 cm dell'asse di figura
  11. Stephenson, F. R., Morrison, L. V., & Hohenkerk, C. Y. (2016). Measurement of the Earth's rotation: 720 BC to AD 2015. Proceedings of the Royal Society A, 472, 20160404. doi.org/10.1098/rspa.2016.0404Usata per: L'allungamento a lungo termine del giorno, di circa 1,8 ms per secolo
  12. Japan Science and Technology Agency. Educational activities for disaster prevention backed by scientific evidence behind a 'miracle' (Toshitaka Katada, Kamaishi). www.jst.go.jp/EN/achievements/research/toshitaka_katada2016.htmlUsata per: Kamaishi: sopravvisse il 99,8% di circa 3.000 studenti
  13. Cabinet Office, Government of Japan. (2013). 平成25年版 防災白書 (White Paper on Disaster Management 2013), Part 1, Introduction. In Japanese. www.bousai.go.jp/kaigirep/hakusho/h25/honbun/1b_0s_01_00.htmUsata per: Circa il 20% dei terremoti del mondo di magnitudo 6 e superiore avviene intorno al Giappone
  14. Headquarters for Earthquake Research Promotion, Earthquake Research Committee. (2025). 南海トラフの地震活動の長期評価（第二版一部改訂） (Long-term evaluation of the Nankai Trough, second edition, partial revision). In Japanese. jishin.go.jp/evaluation/long_term_evaluation/subduction_fault/summary_nankaiUsata per: Le probabilità a 30 anni del 60–90% o più e del 20–50%

Immagini dell'episodio: USGS, NOAA e NASA (pubblico dominio), con mappe NASA/USGS Landsat tramite NASA GIBS; animazioni di EarthWatch 24-7. Crediti completi: earthwatch247.com/credits.html.

Cita questa lezione

EarthWatch 24-7. (2026). Il giorno in cui il Giappone si spostò: Il terremoto e lo tsunami di Tōhoku del 2011, a partire dalle placche [Lezione video]. Earth Explained, episodio 1. https://earthwatch247.com/learn/japan-2011/it/

Soluzioni

  1. C. Questa è la subduzione: la placca pacifica, che si muove verso il Giappone di circa 8 cm all'anno, si piega verso il basso nella Fossa del Giappone e sprofonda sotto il Giappone.
  2. A. Le placche continuano a convergere, ma il contatto bloccato trascina e comprime il bordo del Giappone come una molla che viene caricata. Quando la deformazione vince l'attrito, la faglia scorre e il bordo compresso scatta indietro.
  3. D. I documenti storici del Giappone descrivono lo tsunami dell'869, e i geologi che scavarono dal 1990 circa trovarono la sua sabbia molto all'interno, con sotto strati di sabbia più antichi lasciati da onde giganti ancora precedenti.
  4. B. Il metodo rapido per la magnitudo sottostima i terremoti molto grandi, così la prima stima fu 7,9 invece di 9,0. Quando i sensori in mare rilevarono l'onda reale, le allerte furono alzate a più di 10 metri.
  5. A. La velocità di uno tsunami dipende dalla profondità dell'acqua. Quando il fronte rallenta in acque poco profonde, l'acqua che segue lo raggiunge e non ha altro posto dove andare se non verso l'alto.
  6. C. L'inondazione mise fuori uso l'alimentazione elettrica della centrale, un blackout totale, così i reattori non poterono essere raffreddati. Divenne il peggior incidente nucleare dai tempi di Cernobyl.
  7. B. La faglia bloccata aveva trascinato la costa verso l'interno e verso il basso; quando scorse, la placca sovrastante rimbalzò verso la fossa, e la costa vicino alla rottura si abbassò.
  8. D. La regola era semplice e praticata da anni: dopo un forte terremoto, correre subito verso un'altura e non aspettare. Circa il 99,8% degli studenti della città sopravvisse.
  9. C. Il Giappone ha cambiato le sue allerte perché un primo numero sottostimato non possa più far credere alle persone di essere al sicuro. I numeri vengono aggiunti quando la grandezza del terremoto è nota.
  10. A. Una probabilità non è una data né una certezza. Entrambi i valori sono alti per una finestra di 30 anni, e il governo chiede alle persone e alle autorità locali di prepararsi tenendo presente il valore più alto.

Risposta scritta

  1. La placca pacifica converge con il Giappone di circa 8 cm all'anno e va in subduzione nella Fossa del Giappone. Dove le placche si toccano la faglia è bloccata, quindi il bordo del Giappone viene trascinato verso il basso e compresso e si accumula deformazione elastica. Nel 2011 la deformazione vinse l'attrito: la faglia scorse fino a circa 50 m su una zona lunga circa 400 km, il bordo compresso scattò indietro e il fondale marino balzò verso l'alto, sollevando tutta la colonna d'acqua sovrastante. La gravità riportò giù l'acqua sollevata, mandando onde in ogni direzione. In oceano profondo viaggiavano a circa 800 km/h, alte appena un metro; in acque poco profonde vicino alla costa rallentarono e crebbero, raggiungendo le coste vicine in circa mezz'ora e risalendo fino a circa 40 m in alcuni punti. Attraverso il Pacifico aperto raggiunsero le Hawaii in circa 7 ore e il Cile in circa un giorno.
  2. I sismografi registrano i terremoti in Giappone solo da circa un secolo, molto meno del tempo che separa gli eventi più grandi. I documenti storici del Giappone descrivevano lo tsunami dell'869 che inondò la pianura di Sendai e annegò circa 1.000 persone. Dal 1990 circa i geologi trovarono la sua sabbia, portata dal mare, a chilometri nell'entroterra, con sotto strati di sabbia più antichi, che mostravano che tsunami giganteschi avevano colpito ripetutamente, a secoli di distanza. Eppure le previsioni ufficiali si basavano soprattutto sui terremoti recenti, meglio conosciuti, e si aspettavano un evento di magnitudo 8 circa. Il lavoro geologico stava ancora stimando quanto fosse stato grande il terremoto di Jōgan, e la sua lezione completa, cioè che una sezione molto più grande della faglia potesse rompersi tutta insieme, non era ancora entrata nei piani contro i pericoli quando colpì il terremoto di magnitudo 9.
  3. La pietra di Aneyoshi funzionò perché la sua regola non dipendeva dal prevedere la grandezza della prossima onda: ogni casa fu costruita sopra di essa, e l'onda del 2011 si fermò circa 90 m più in basso. Le esercitazioni di Kamaishi funzionarono perché una regola semplice e praticata, correre subito verso un'altura e non aspettare, non dipendeva da allerte o stime; circa il 99,8% degli studenti della città sopravvisse. Le barriere frangiflutti costruite per gli tsunami precedenti, e il sito di Fukushima Daiichi progettato per un'onda di circa 6 m, fallirono perché erano progettati per un'altezza fissa che lo tsunami del 2011, circa 14 m alla centrale, superò. La lezione è che le difese dimensionate sugli eventi passati possono essere scavalcate, mentre le regole che portano le persone fuori portata funzionano qualunque sia la grandezza dell'onda; i piani migliori usano entrambe.

Per approfondire

  1. Quanto velocemente uno tsunami attraversa il Pacifico, e perché cresce?: c = √(9,81 × 5.000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h, la velocità dell'episodio. 5.960 km ÷ 800 km/h ≈ 7,5 ore, vicino all'arrivo osservato di circa sette ore (l'onda reale segue il fondale vero, in parte più profondo di 5.000 m). Crescita: ⁴√(4.000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, quindi l'onda di 1 m diventa alta circa 4,5 m e si muove a √(9,81 × 10) ≈ 10 m/s, cioè circa 36 km/h, più veloce di quanto la maggior parte delle persone riesca a correre. La risalita è l'altezza a cui l'acqua sale sulla terraferma, non l'altezza dell'onda al largo: sulla costa di Sanriku, baie strette a forma di V incanalano il flusso e l'acqua in movimento porta la sua quantità di moto su per il pendio, così lì la risalita raggiunse circa 40 m.
  2. Magnitudo, energia e scorrimento: 101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 volte più energia della prima stima, ed è per questo che la prima previsione dello tsunami fu così bassa. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: i valori delle due agenzie differiscono di circa il 40% in energia, poco rispetto al primo errore. Per Mw 9,0, M₀ = 1022.6 ≈ 4,0 × 1022 N·m, quindi D = 4,0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1,5 × 105 m) ≈ 17 m; per Mw 9,1, M₀ ≈ 5,6 × 1022 N·m e D ≈ 23 m. Lo scorrimento medio, da circa 17 a 23 m, è meno della metà del massimo di 50-60 m, che si concentrò vicino alla fossa, dove sollevò di più il fondale marino e generò lo tsunami più grande.
  3. Quanto preavviso può dare l'allerta precoce?: Tempo di percorrenza delle onde S fino a Tokyo ≈ 376 km ÷ 3,5-4 km/s ≈ 94-107 s, quindi il tempo di preavviso è di circa 64-77 s, circa un minuto, come nell'episodio. In 30 s le onde S percorrono circa 105-120 km dall'ipocentro; a 30 km di profondità questo raggiunge la superficie fino a una distanza compresa tra √(105² − 30²) ≈ 100 km e √(120² − 30²) ≈ 116 km dall'epicentro. La penisola di Oshika, a circa 82 km dall'ipocentro, sentì le onde S dopo appena 20-23 s circa, prima di un avviso del genere. In un grande terremoto la rottura stessa continua a crescere per minuti e invia onde forti da parti della faglia che si rompono più tardi e si trovano più vicine a città lontane, quindi i tempi di preavviso reali dipendono dall'intera rottura, non solo dal suo punto di partenza.
  4. Il bilancio della deformazione e la ricorrenza degli tsunami di tipo Jōgan: 50 m ÷ 0,083 m/anno ≈ 600 anni; 20 m ÷ 0,083 m/anno ≈ 240 anni. Dall'869 al 2011 (1.142 anni) si accumularono circa 95 m di convergenza, più dello scorrimento del 2011, quindi non tutta la convergenza viene immagazzinata come deformazione sulla zona bloccata: una parte viene rilasciata da scorrimenti lenti e silenziosi e dai molti terremoti più piccoli su questo margine tra placche. Ozawa e colleghi (2011) notano l'altro lato del bilancio: prima del 2011 il GPS mostrava che la deformazione si accumulava al largo del Tōhoku molto più velocemente di quanto i terremoti precedenti sul margine tra placche l'avessero in media rilasciata, il che sollevava la domanda di come quella deformazione sarebbe stata infine rilasciata. Probabilità: per T = 1.000 anni, 1 − exp(−0,03) ≈ 3% in 30 anni e 1 − exp(−0,05) ≈ 5% in 50 anni; per T = 500 anni, circa il 6% e il 10%. Qualche punto percentuale nell'arco della vita di una centrale elettrica o di una città è tutt'altro che trascurabile quando le conseguenze sono catastrofiche, ed è per questo che gli eventi rari devono far parte della progettazione, non esserne esclusi.
  5. Il terremoto cambiò davvero la durata del giorno?: ΔI/I = ΔT/T = −1,8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2,1 × 10−11. La tendenza di 1,8 ms per secolo è 1,8 × 10−3 s ÷ 36.525 giorni ≈ 4,9 × 10−8 s al giorno per ogni giorno, quindi annullerebbe il cambiamento in circa 1,8 × 10−6 ÷ 4,9 × 10−8 ≈ 37 giorni. In un anno, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. L'effetto è reale ma minuscolo, molto più piccolo delle fluttuazioni naturali della durata del giorno causate dai venti, dalle correnti oceaniche e dal nucleo terrestre, ed è per questo che fu calcolato anziché misurato.