Palu, Indonesia, 28. september 2018: Brått rann bakken av garde. Eit kraftig jordskjelv hadde gjort bakken flytande. Jord og gjørme fløymde inn og utraderte heile nabolag. Jordskjelvet og tsunamien som fylgde tok livet av over 4300 menneske til saman.
– Dette skjer i område der jordsmonnet i hovudsakleg består av fine korn, som i sediment etter sjøar og elvar. Eller der ein har laga landfyllingar. Ristingane frå jordskjelvet utløyser spenningar i jorda, og korna mister kontakten med kvarandre og blir flytande, forklarar professor Renaud Toussaint.
– Når terrenget heller kan vi få skred. Men jord kan bli flytande og mista bereevna på flatmark òg. Store strukturar som bygningar og bruar kan søkkja eit stykke ned, medan røyr og tankar som tidlegare var gravne ned, dukkar opp på overflata.
Nøye justert frekvens og energi
Porelab er eit senter for framifrå forsking. Senteret er eit samarbeid mellom NTNU og Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Toussaint er professor II ved Porelab, eit senter som forskar på flyt i porøse medium. Finkorna jordsmonn er nettopp eit døme på eit slik porøst medium. Å forstå desse prosessane er viktig for forståinga vår av potensielt katastrofale naturfenomen som ras og jordskjelv, men dei eksisterande teoriane som blir brukt for å handtere dette problemet er rett og slett ikkje særleg gode.
– Det har til dømes vore kjend ei stund at jordskjelv kan utløysa jordras hundrevis av kilometer borte. Men korleis det går til, har vore ei lita gåte. Korleis kan bølgjene frå eit jordskjelv dra like langt som frå Oslo til Hamar og enno ha nok energi til å utløysa eit skred?
Det sette den israelske forskaren Shahar Ben-Zeev seg føre å finna ut av, under veiledning av Toussaint, Einat Aharonov, òg professor II ved Njord-senteret, og av Liran Goren. I laboratoriet studerer forskarane prosessen i ein behaldar som har ei gjennomsiktig side. Behaldaren vert fylt med ei væske og eit finkorna materiale, det porøse mediet. Behaldaren kan så ristast med ein frekvens og ein energi som er nøye justert av forskarane.
Ikkje lukka system i naturen
– Eit hurtig kamera tek bilete gjennom den gjennomsiktige sida. Ved å studera desse bileta kan vi fylgja banen og farten til kvart einaste korn, fortel Toussaint.
– Korna nær toppen fell raskare, medan tempoet minsker når dei nærmar seg botnen og legg seg til ro.
Det om skjer når behaldaren vert rista, er velkjend for alle som har plukka legoklossar opp i ein pose: når posen begynner å bli full, lagar vi betre plass ved å rista på han. Klossane nedover i posen legg seg tettare saman på same måten som korna i behaldaren. Eller i naturen.
– Når vi testar i laboratoriet, er det jo eit lukka system. Det som er i behaldaren blir verande der til vi tek det ut att. Men systema i naturen er ikkje lukka på den same måten, sidan vatnet som når overflata, kan renna unna, seier Toussaint.
Katastrofen kan vera eit faktum
– Sandkorna kviler på kvarandre på ein måte som vi kallar metastabilt. Fysiske system vil som regel ordna seg slik at energien deira er minst mogleg. Men ofte stabiliserer dei seg på ein måte som gjer at energinivået er høgare enn minimum, men dei kjem seg ikkje lågare utan påverknad utanfrå. Det er denne tilstanden vi kallar metastabil.
Denne tilstanden i naturen vert kalla drained liquefication på engelsk, som let seg omsetja til det litt mindre elegante norske omgrepet drenert flytandegjering. Det inneber at vatnet i jorda kan sleppa unna oppover, noko som alltid aukar sjansen for at jorda vert flytande. Med data frå laboratoriet har forskarane utvikla modellar som fortel dei kva som skjer når eit jordskjelv fjernutløyser ei drenert flytandegjering.
– Modellane våre stemmer overeins med det vi kan observera i naturen. Det er faktisk ikkje store energien som skal til. Det som ser ut til å vera det avgjerande, er kor fort energien vert tilført, altså på kor kort tid, seier Toussaint.
– Skjer det fort nok, er katastrofen eit faktum. Som på Palu.
I nyheitsinnslaget nedanfor kan du mellom anna sjå dei store øydeleggingane på Palu, og korleis eit hus driv bortover bakken:
Den vitskaplege artikkelen
S. Ben-Zeev, L. Goren, R. Toussaint and E. Aharonov: Drainage explains soil liquefaction beyond the earthquake near-field. Nature Communications, Sep 2023
