Tsunami hazard in Turkey and surroundings

Abstract

Bu çalışmada, Türkiye ve çevresinde (Doğu Akdeniz, Ege Denizi ve Karadeniz) deprem kaynaklı tsunami tehlikesinin kapsamlı bir değerlendirmesinin yapılması amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, deprem kaynak parametrelerinin tayinindeki belirsizliklerin, tsunami tehlike analizlerine olan olası etkilerinin incelenmesi hedeflenmiş, bu bağlamda yapılan modelleme çalışmaları sonucunda, deprem kaynak parametrelerinin kesin olarak belirlenmesindeki zorluklar dikkate alınarak, tsunami tehlike analizlerinin bu parametrelerdeki değişimleri mümkün olduğu kadar dikkate alınarak yapılması önerilmiştir. Bunun yapılamadığı durumlarda ise, en azından tehlike analizi yapılacak bölge için yapılan çalışma tarzında hassasiyet analizleri yapılmasının önemi vurgulanmış, özellikle doğrultu ve sapma açılarındaki değişimlerin dikkate alınması ve eğer uygulanabilir ise farklı derinliklerdeki depremler için modelleme çalışmaları yapılması önerilmiştir.Çalışmanın ikinci bölümünde, çalışma alanına ait deprem kaynak parametreleri ile ilgili mümkün olduğu kadar kaynaktan yararlanarak depremlerin bölgesel olarak karakterize edilmesi sağlanmış ve ilgili deprem kaynak parametreleri tayin edilmiştir. Bu bağlamda kapsamlı bir tsunami tehlike analizi yapılabilmesi amacı ile çalışma alanında sığ (0-40 km; tüm çalışma alanı için) ve orta derinlikte (40-100km; sadece Güney Ege ve Doğu Akdeniz için) depremler için 0.5° x 0.5° büyüklüğünde düzenli olarak tanımlanmış alancıklarda 6.5 ve literatür taraması sonucu elde edilen Mwmax manyitüd aralığında fay parametreleri atanmış ve SWAN-JRC tsunami modelleme yazılımı kullanılarak her bir alancıkta 0.1 Mw arttırımla tsunami senaryoları üretilmiştir. Üretilen 2415 senaryonun değerlendirilmesi sonucunda; Ege ve Doğu Akdeniz'de Mw ≥ 6.5 büyüklüğünde sığ depremlerin kıyılarda 0.5m dalga yüksekliğinde tsunamiye neden olabileceği, derin depremlerde ise aynı tsunami seviyeleri için Mw ≥ 7.0 büyüklüğünde depremlerin meydana gelmesi gerektiği görülmüştür. En büyük dalga yüksekliklerinin incelenmesi sonucunda; Kuzey Ege'de 1 m'ye varan tsunamilerin görülebileceği, Karadeniz, Kıbrıs, Levanten kıyıları, Tarblusgarp, Doğu Sicilya, Güney İtalya ve Batı Yunanistan'da 3 m'ye varan dalgaların oluşabileceği değerlendirmesi yapılmıştır. Girit, Güney Ege, Kuzey-Doğu Libya ve İskenderiye (Mısır) arasında kalan bölgede ise, tsunami dalga yüksekliklerinin Hw > 3 m olabileceği görülmüştür. Hesaplamaların en sığ 20 m derinlikte gerçekleştiği dikkate alınacak olursa, Green yasası uyarınca yukarıda değinilen değerlerin iki katı değerlerin söz konusu olabileceği hususu önem taşımaktadır. Öte yandan, deneysel bir bağıntı olan Green yasasının, tsunami dalgasının kıyı bölgelerindeki doğrusal olmayan davranışları temsil etmekte yetersiz kalabileceği de unutulmamalıdır. Genel bir değerlendirme olarak Karadeniz'de Kırım yarımadasının güneyi, Bulgaristan kıyıları ve Romanya'nın güney kıyılarında dikkate değer (1m < Hw < 3 m) seviyede tsunami tehlikesinden sözedilebilirken, Karadeniz'in diğer bölgelerinde tsunami tehlikesinin düşük (Hw < 1 m) olduğu vurgulanabilir. Orta-Doğu Akdeniz ve Ege Denizi'nde ise Helen yayı, çevresi ve ona dik olan Güney Akdeniz-Kuzey Afrika sahillerinde tsunami tehlikesinin yüksek (Hw > 3 m) olduğu, Güney Ege, Trablusgarp, Doğu Sicilya ve Güney İtalya, Batı Yunanistan, Kıbrıs'ın batı ve güney kıyıları, Türkiye'de Kaş yarımadası ve Antalya körfezi ile Lübnan-İskenderiye (Mısır) arasındaki bölgede dikkate değer (1m < Hw < 3 m) seviyede tsunami tehlikesinden söz edilebileceği düşünülmektedir. Kuzey Ege, Tunus, İtalya'nın güney-batı kıyıları, batı ve kuzey Sicilya ile Mersin ile Lübnan arasında İskenderun körfezini de içine alan bölge ve Kuzey Kıbrıs sahillerinde tsunami tehlikesinin düşük (Hw < 1 m) olduğu değerlendirmesi yapılmıştır. Tüm bu değerlendirmeler, çalışmada dikkate alınan deprem kaynakları ile ilişkili olup, deprem tarafından tetiklenmesi olası denizaltı heyelanlarının oluşturabileceği tsunamiler bu çalışmada dikkate alınmamıştır.Yukarıda değinilen çalışmalara ek olarak, güvenilir olduğu kabul edilen bazı tarihsel tsunami katalogları (Ambraseys, 1962 ve 2009; Soloviev, 2000; Fokaefs ve Papadopoulos, 2007; Altinok vd., 2011, Papadopoulos vd., 2012) çapraz olarak ayrıca sorgulanmış ve kataloglar arasındaki bazı tutarsızlıklara dikkat çekilerek yeni ve güncel bir değerlendirme yapılmıştır. Tarihsel tsunamilerin güvenilirliği beklenmedik (U), tartışmaya açık (Q), olası (P) ve kesin (D) olarak tanımlanmış, olasılık dahilinde olmadığı düşünülen tsunamilere üretilen katalogda yer verilmemiştir. Nihai katalogda, 145 tsunami olayı yer almakta olup, bunlardan 41'i kesin, 30'u olası, 58'i tartışmaya açık, ve 16'sı beklenmedik olarak tanımlanmıştır. Kataloga dahil edilen 44 tsunami olayında, referans kataloglar arasındaki uyumsuzluklar tanımlanmıştır.

This study is an attempt to provide an overall assessment of the earthquake origin tsunami hazard in Turkey and its surroundings (Eastern Mediterranean, Aegean and Black Seas). To achieve this, I have first investigated the earthquake focal mechanism parameter variations effect into tsunami generation with special focus on Eastern Mediterranean. My analysis shows that, given the difficulty in accurately determining all focal mechanism parameters, tsunami hazard studies should look at a range of parameters, taking into consideration the maximum generated tsunami. If this broad study scope is not possible due to computational limitations, at least sensitivity studies, should be conducted, and parameters should be selected that would lead to maximum tsunami generation. An option would be to consider only strike and rake variations in the scenario databases as the key criteria in determining the worst-case scenario for a given forecast point, and if applicable, various earthquake depth ranges should be considered.Following this work, I have compiled all available information concerning earthquake source parameters and their regional characterization and attempted to define characteristic static earthquake source parameters for all tsunamigenic earthquakes in the region. I have identified a set of tsunami scenario input parameters in a 0.5° x 0.5° uniformly gridded area in the Eastern Mediterranean (both for shallow and intermediate depth earthquakes), Aegean and Black Seas (only shallow earthquakes) and calculated tsunami scenarios using SWAN-JRC (Annunziato, 2007) with 2-arcmin resolution bathymetry data for the range of 6.5 – Mwmax with a Mw increment of 0.1 at each grid in order to realize a comprehensive earthquake origin tsunami hazard analysis in the region based on the definition of the characteristic earthquake source parameters from a compiled set of sources such as existing moment tensor catalogs and various reference studies, together with the Mwmax assigned in the literature, where possible. Results from 2415 scenarios show that in Eastern Mediterranean and its connected seas (Aegean and Black Sea), shallow earthquakes with already Mw ≥ 6.5 may result in 0.5m coastal wave height, whereas same level of wave height could be expected only with Mw ≥ 7.0 for intermediate depth earthquakes. The distribution of maximum wave heights calculated indicate that tsunami wave heights up to 1m could be expected in northern Aegean, whereas in Black Sea, Cyprus, Levantine coasts, northern Libya, eastern Sicily, southern Italy, and western Greece, up to 3m wave height could be possible. Crete, southern Aegean, and the area between northeast Libya and Alexandria (Egypt) is prone to high level of tsunami hazard with Hw > 3m wave heights calculated. Considering that calculations are performed at a minimum bathymetry depth of 20 m, these wave heights may amplify by a factor of 2 at the coastline according to Green's Law. On the other hand, it should be emphasized that while the Green's Law provide an empirical approximation, the non-linear dynamics of the tsunami at the coastal zones may lead to deviations in actual wave heights. As an overall conclusion, my analysis indicate that in Black Sea, locations in the southern coasts of Crimea, northwestern coast of Turkey, Bulgarian coast and southeastern coasts of Romania are prone to considerable (1m < Hw < 3m) level of tsunami hazard, whereas the eastern Black Sea coasts could be considered as low (Hw < 1m) tsunami hazard zones. Concerning Eastern-Central Mediterranean and Aegean Seas, my study indicate that locations in, around and orthogonal to the Hellenic Arc are prone to high (Hw > 3m) level of tsunami hazard, whereas the tsunami hazard should be identified as considerable (1m < Hw < 3m) for the rest of the Eastern Mediterranean, Southern Aegean, Tripoli (Libya), eastern Sicily, Calabria, western coasts Greece, Antalya Peninsula and Bay western and southern Cyprus and southern Levantine coast. Tsunami hazard can be classified as relatively low for the northern Aegean, Tunisia, western Sardinia, southwest coasts of Italy, and western and northern coasts of Sicily. The results of the modeling are in accordance with the historical tsunami events in the study area. It should be emphasized that these conclusions are valid only for the earthquake sources considered in this study excluding any possibility of a triggered submarine landslide.In addition to the work describe above, I have also exploited several reliable tsunami catalogs (Ambraseys, 1962 and 2009; Soloviev, 2000; Fokaefs and Papadopoulos, 2007; Altinok et al., 2011, Papadopoulos et al., 2012) by performing a cross-comparison of the events in order to create a harmonized database for the study area. The reliability of the tsunami occurrence has been defined as Unlikely (U), Questionable (Q), Probable (P) and Definite (D), where improbable events were removed. There are 145 events in the harmonized database, where 41 events are defined as definite, 30 events as possible, 58 events as questionable and 16 events as unlikely. 44 events include contradicting information from selected source databases.