New Madridin maanjäristykset: harvinaisia luonnonilmiöitä

Maanjäristysrypäs kahdensadan vuoden takaa askarruttaa seismologeja yhä. Voimakkaita maanjäristyksiä esiintyi keskellä Yhdysvaltoja pitkän matkan päässä laattareunoista. Kyseessä on yksi merkittävimmistä esimerkeistä mannerlaatan sisäosien seismisyydestä koko maailmasta.

Piirustus New Madridissa vuonna 1811 sattuneesta maanjäristyksestä. Kuva: Henry Howe, Järistyspaikka New Madrid sijaitsee Missourin osavaltiossa Mississippijoen mutkassa. Alun perin turkismetsästäjien tukikohdaksi perustettu piskuinen talorykelmä ei koskaan kasvanut laivaliikenteen vartijaksi. Jokitörmä oli perustaksi kehno, koska vesi huuhtoi suuria määriä maa-ainesta. Seudun ikimuistoisimmat hetket osuivat talveen 1811-1812. Ensimmäinen voimakas maanjäristys sattui 16. joulukuuta 1811 noin kahdelta yöllä, toinen 23. tammikuuta 1812 yhdeksän maissa aamupäivällä ja kolmas 7. helmikuuta ennen neljää aamulla. Tunnetaan kolmattasataa selvästi erillistä jälkijäristystä. Kaikkein suurin niistä seurasi ensimmäistä järistystä aamunkoitteessa, joten voidaan puhua kolmesta tai neljästä suuresta New Madridin maanjäristyksestä.

Nykyisen Missourin osavaltion kaakkoisosa ja koillinen Arkansas olivat rajuimpien maanliikkeiden aluetta. Järeät vaikutukset kohdistuivat etupäässä Mississippiin ja seudun tiheään metsään. Maaperä vajosi monessa kohdassa niin, että puita painui upoksiin. Syntyi vesiputouksia ja veden virtaussuunta kääntyi paikoin. Muodostui tyystin uusi järvi, Reelfoot Lake. Kova tärinä aiheutti ihmisille tasapainovaikeuksia ja pahoinvoinnin tunnetta. Maaperä repeili ja vettyi, mikä vaikeutti liikkumista ja lisäsi uhkaavuutta. Ensimmäinen ja kolmas pääjäristys herättivät harvalukuisen väestön äkkinäiseen ryskeeseen. Vaatimaton rakennuskanta tuhoutui pääosin, ja asukkaat pyrkivät pois kaupungista viimeistään helmikuun 7. päivän jälkeen 1812.

Silminnäkijäkuvauksia on säilynyt sanomalehdistössä, erilaisissa kirjeenvaihdoissa ja matkakuvauksissa. Ne sisältävät huomioita järistysvaikutusten heikentymisestä New Madridista etäännyttäessä.

Tuohon aikaan New Madridin tienoo kuului eurooppalaisen uudisasutuksen läntiseen rintamaan. Tuntuvuusalueiden itäiset puoliskot olivat mittavat: järistykset tunnettiin Kanadasssa ja mantereen itärannikolla asti. Kahden kuukauden aikana Atlantin valtameren rannoilla huomattiin parisenkymmentä New Madridin maanjäristystä. Arviot järistysten voimakkuudesta perustuvat tämäntyyppisiin tietoihin ja koko tuntuvuusalueisiin; instrumenttikausi koitti vasta myöhemmin. Viimeaikaisimmat magnitudiarviot ovat 7,2-7,3 joulukuun 1811 tapaukselle, 7,0 tammikuussa ja 7,4-7,5 helmikuussa seuraavana vuonna. Joulukuun suuren jälkijäristyksen magnitudiksi on arvioitu likimain 7. Näitä suurempia magnitudeja on esitetty aikaisemmissa tutkimuksissa. Magnitudien madaltumista perustellaan paikallisilla maaperätekijöillä: varhainen asutus keskittyi vesireittien varsille, joten pehmeä maaperä voimisti maanliikettä ja aistimuksia siitä. 

Maanjäristysten magnitudin (voimakkuuden) ja lukumäärän välinen suhde noudattaa maapallolla tinkimätöntä käänteistä lakia: mitä pienempi tapaus, sitä suurempi lukumäärä. New Madridin järistykset olivat tuiki harvinaisia luonnonilmiöitä, suuria tapauksia mannerlaatan sisäosassa, jossa maanjäristyksiä esiintyy paljon verkkaisempaan tahtiin kuin laattareunoilla. 

Järistystutkijoilla on käytössään erilaisia menetelmiä laventaa tietämystä historiallisista maanjäristyksistä. Nykyajan seismisyyden selvitys on yksi niistä. Pienten maanjäristysten paikat tuovat tietoa siirroksista ja maankuoren heikkousvyöhykkeistä, joihin järistykset mahdollisesti keskittyvät. New Madridin maanjäristykset 1811-1812 eivät jättäneet maanpinnalle ulottunutta siirrosmurtumaa, vaan ne liittyivät syvemmällä maankuoressa sijaitseviin rakenteisiin. 

Laitehavainnointi alkoi alueella 1974, ja jo vuodessa järistysten paikat paljastivat likimain koilliseen kääntyneen Z-kirjaimen muotoisen kuvion. Se nimettiin New Madridin seismisyysvyöhykkeeksi. Tapahtumien kulku on tulkittu siten, että joulukuussa 1811 järistys mursi Z:n lounaisimman sakaran, tammikuussa 1812 koillisimman ja seuraavassa kuussa keskimmäisen. Laiteajan maanjäristykset on paikannettu 5-14 kilometrin syvyydelle. Voimakkuudet ovat jääneet alle arvon 5.

Paleoseismologian keinoin voidaan kurkottaa pidemmälle menneisyyteen ja selvittää, onko talven 1811-12 suurilla järistyksillä ollut edeltäjiä. Voimakkaat järistykset jättävät luonnonympäristöön jälkiä, joita voidaan kartoittaa ja ajoittaa vuosisatojakin myöhemmin. Maanpinnalla näkyvät siirrosmurtumat, maantärinän aikaansaamat muodostumat, maaperän vettymisjäljet tai toistensa suhteen liikahtaneet maa-aineskerrokset voivat viitata muinaiseen maanjäristykseen.

On löydetty todisteita ainakin kahdesta esihistoriallisesta maanjäristyksestä New Madridissa. Ne on ajoitettu aikaväleille 800-1000 ja 1200-1400. Epäselvempi todistusaineisto viittaisi myös järistykseen vuosien 1400 ja 1600 välillä. Arkeologisilla kaivauksilla 30 kilometrin päässä New Madridista koilliseen on samoin löytynyt jälkiä esihistoriallisesta maaperän vettymisestä. Yhteensä havainnot viittaavat jopa neljään esihistorialliseen maanjäristykseen New Madridin seismisyysvyöhykkeellä. Ne olivat kyllin voimakkaita jättääkseen pysyviä muutoksia maapohjaan, mutta johtolankoja niiden voimakkuuksien tarkempaan määritykseen ei ole.

Paleoseismologian tulokset merkitsevät melko lyhyitä toistumisaikoja voimakkaille maanjäristyksille New Madridissa. Avaruusgeodesian avulla pyritään hankkimaan selkoa maankuoren tämänhetkisistä liikkeistä ja muodonmuutoksista alueella. Muutokset Global Positioning System (GPS) -vastaanottimien paikkakoordinaateissa saadaan selville toistamalla mittauksia tietyin väliajoin. Tulokset voidaan esittää vektorimuotoisena tietona, joka kertoo, tapahtuuko seudulla minkäänlaista liikettä. 

Varhaisten mittauksien mukaan New Madridin seismisyysvyöhykkeen eteläosassa jännitystä kertyy maankuoreen nopeudella 5-7 millimetriä vuodessa. Koordinaattien uudelleenmäärityksessä oli hyödynnetty 1950-luvulla tehtyä kolmiomittausverkkoa. Liikkeen suunta vastasi oikeakätistä siirtymää. Joissakin myöhemmissä tutkimuksissa on raportoitu vähäisempää samansuuntaista liikettä. Suureen havaintoaineistoon perustunut tutkimus 1999 esitti, että maankuoren liikkeen määrä on alueella sangen pieni, lähes olematon. Eri tutkimustulosten välisiä eroja selitetään mittausvirheillä; varhaisissa tutkimuksissa mittausajat olivat lyhyemmät ja GPS-laitteistot alkeellisemmat.

Maankuoren liikkeen ja suurten järistysten esiintymistiheyden välille on laadittu yhtälöitä. Niiden mukaan alle 2 millimetrin vuotuinen muodonmuutos vastaa yli 2500 vuoden toistumisaikaa. Varhaisia GPS-tuloksia vastaavat toistumisajat olisivat huomattavasti lyhyemmät, 400-1100 vuotta, ja merkitsisivät korkeampaa seismisen hasardin tasoa New Madridin seismisyysvyöhykkeellä. Pienet muodonmuutokset eivät sulje pois voimakkaan maanjäristyksen mahdollisuutta, koska kootut havainnot eivät ehkä sisällä kaikkea liikettä laitteiston rajallisuuden vuoksi. Pisimmätkään havaintosarjat eivät ole kovin pitkiä. Maankuoren muodonmuutos voi myös vaihdella ajassa.

New Madridiin jääneet asukkaat tottuivat vähitellen jälkijäristyksiin, jotka jatkuivat vuositolkulla talven 1811-1812 jälkeen. Uuden tulkinnan mukaan seudulla nykyään rekisteröitävät maanjäristykset ovat yhä samaa jälkijäristystoimintaa. Mannerlaattojen sisäosien seismisyys ilmenee niin vitkaan; laattareunoilla vastaavankokoiset pääjäristykset aiheuttavat jälkijäristyksiä vain noin vuosikymmenen ajaksi. Ajatuksesta seuraa, että pienet maanjäristykset eivät välttämättä osoita vastaisuuden suurten maanjäristysten sijaintia, mikä lisää epävarmuutta. Seismisen hasardin kartoissa New Madridin seutu joka tapauksessa erottuu väriläiskänä mannerlaatan sisäosien loputtomassa harmaudessa. Riskin taso on kiistatta noussut. Rakennuskanta ei enää koostu matalista hirsiasumuksista eikä väkimäärä muutamista sinnikkäistä uudisasukkaista ja alkuperäisasukkaista