A first estimation of tsunami hazard of the Pacific coast of Costa Rica from local and distant seismogenic sources

Abstract

Costa Rica has been affected by several local and distant tsunamis in the past, but the historical information is scarce and incomplete. Its Pacific coast stretches for over a thousand kilometers, and tsunami hazard has never been evaluated for its full extent. Numerical modeling of tsunami propagation and inundation is a useful tool to assess tsunami hazard, particularly in cases with limited historical information available. Here, we perform a first estimation of tsunami hazard for the Pacific coast of Costa Rica from seismogenic sources, by numerical propagation of 57 local and distant tsunamis to a depth of 20 m. The results of our study identified tsunami sources that are particularly threatening for Costa Rica and determined locations with higher tsunami hazard. For the analysis, the Pacific coast of Costa Rica was divided into segments and subsegments based on differences in continental slope morphology. Subsegments with higher tsunami heights were Southwest Nicoya Peninsula and West Osa Peninsula, and in a lesser extent North Guanacaste, North Nicoya Peninsula, and Central Pacific. Regions with long and gentle slopes and narrow continental shelf were affected by higher tsunami waves, due to more efficient tsunami energy transmission to the shelf and reduced energy loss while traveling through a narrow shelf. On the opposite, steeper continental slopes reflected most of the tsunami energy, causing smaller tsunami heights nearshore, regardless of the shelf width. Nevertheless, other effects played a major role, like curved coastlines that focused tsunami energy, wave refraction, interference, and trapped edge waves. Distant tsunamis dominated the threat, with tsunamis coming from the Tonga-Kermadec and the Colombia-Ecuador Trenches causing the greatest heights due to directivity, and arrival times of about 15 h and 75 min, respectively. Local tsunamis had short arrival times but a localized impact, mainly at the shoreline in front of the generation region but were also affected by tsunami focusing, wave refraction, and edge waves. Outer rise and Osa sources caused the lowest impact within local sources. These results provide a guide for emergency planners to prioritize coastal locations and tsunami sources for tsunami preparedness actions and warning protocols.

Costa Rica se ha visto afectada por varios tsunamis locales y distantes en el pasado, pero la información histórica es escasa e incompleta. Su costa del Pacífico se extiende por más de mil kilómetros y el peligro de tsunami nunca se ha evaluado en toda su extensión. El modelado numérico de la propagación de tsunamis y las inundaciones es una herramienta útil para evaluar el peligro de tsunamis, particularmente en casos con información histórica limitada disponible. Aquí, realizamos una primera estimación de la amenaza de tsunami para la costa del Pacífico de Costa Rica a partir de fuentes sismogénicas, mediante la propagación numérica de 57 tsunamis locales y distantes a una profundidad de 20 m. Los resultados de nuestro estudio identificaron fuentes de tsunamis que son particularmente amenazantes para Costa Rica y determinaron ubicaciones con mayor riesgo de tsunami. Para el análisis, la costa del Pacífico de Costa Rica se dividió en segmentos y subsegmentos según las diferencias en la morfología del talud continental. Los subsegmentos con mayor altura de tsunami fueron el suroeste de la península de Nicoya y el oeste de la península de Osa, y en menor medida el norte de Guanacaste, el norte de la península de Nicoya y el Pacífico central. Las regiones con pendientes largas y suaves y plataforma continental estrecha se vieron afectadas por olas de tsunami más altas, debido a una transmisión de energía de tsunami más eficiente a la plataforma y una pérdida de energía reducida al viajar a través de una plataforma estrecha. Por el contrario, las pendientes continentales más empinadas reflejaron la mayor parte de la energía del tsunami, lo que provocó alturas de tsunami más pequeñas cerca de la costa, independientemente del ancho de la plataforma. Sin embargo, otros efectos jugaron un papel importante, como las líneas costeras curvas que concentraron la energía del tsunami, la refracción de las olas, la interferencia y las olas de borde atrapadas. Los tsunamis distantes dominaron la amenaza, siendo los tsunamis provenientes de las Trincheras Tonga-Kermadec y Colombia-Ecuador los que causaron las mayores alturas debido a la directividad, y tiempos de llegada de aproximadamente 15 hy 75 min, respectivamente. Los tsunamis locales tuvieron tiempos de llegada cortos pero un impacto localizado, principalmente en la costa frente a la región de generación, pero también se vieron afectados por el enfoque del tsunami, la refracción de las olas y las olas de borde. El levantamiento externo y las fuentes de Osa causaron el menor impacto dentro de las fuentes locales. Estos resultados proporcionan una guía para que los planificadores de emergencias prioricen las ubicaciones costeras y las fuentes de tsunamis para las acciones de preparación para tsunamis y los protocolos de alerta.