11 marca 2011 r. Trzęsienie ziemi o sile 9, 0 wstrząsnęło Japonią przez prawie sześć minut, wywołując tsunami i katastrofę nuklearną, która łącznie zabiła blisko 20 000 osób. Ale pod powierzchnią płyty tektoniczne na wschodnim wybrzeżu Japonii cicho zaczęły się przesuwać na długo przed rozpoczęciem wstrząsania. W lutym 2011 r. Dwa spokojniejsze trzęsienia ziemi zaczęły powoli pełznąć wzdłuż rowu japońskiego w kierunku punktu, w którym potężne trzęsienie ziemi wywołane przez megathrust wybuchnie miesiąc później.
powiązana zawartość
- Geologia po katastrofalnym trzęsieniu ziemi we Włoszech
- Spowolnienia sejsmiczne mogą ostrzegać przed zbliżającymi się trzęsieniami ziemi
Te dziwne, ciche trzęsienia nazywane są powolnymi zjawiskami poślizgowymi lub powolnymi trzęsieniami ziemi - parasolowe określenie spektrum stłumionych ruchów i wstrząsów, które mają miejsce na granicy płyt tektonicznych. Odkryte dopiero w ciągu ostatnich 20 lat powolne trzęsienia ziemi są nadal sejsmiczną łamigłówką. Mogą przesuwać płyty tektoniczne o trzęsienie o sile 7 lub więcej. Ale podczas gdy regularne trzęsienie ziemi nagle uwalnia fale sejsmiczne, które mogą obalić budynki, powolne trzęsienie ziemi trwa dni, miesiące, a czasem nawet lata - a ludzie w pobliżu nic nie czują.
Uważa się, że te niezauważalne pomruki poprzedzały potężne trzęsienia ziemi, które rozerwały Japonię, Meksyk i Chile - ale nie wiemy, czy powolne trzęsienia ziemi wywołały potężne temblory, a nawet jak odnoszą się do ich szybszych, bardziej niebezpiecznych odpowiedników. Dekodowanie kiedy, gdzie i dlaczego powolne trzęsienia ziemi mogą pomóc nam zrozumieć najbardziej niebezpieczne strefy uskoków na naszej planecie - a może nawet pomóc nam przewidzieć niszczycielskie trzęsienia ziemi i tsunami, zanim osiągną żniwo.
„To prawdziwa tajemnica” - mówi Heidi Houston, geofizyk z University of Washington w Seattle. „Przez dziesięciolecia badaliśmy regularne trzęsienia ziemi i rozumiemy niektóre rzeczy na ich temat - a potem ten proces nadchodzi i jest taki sam w niektórych aspektach, a więc bardzo różny w niektórych innych aspektach.”
Instalowanie czujników do monitorowania subtelnych ruchów ziemi. (Dzięki uprzejmości Herb Dragert) Przed końcem lat 90. XX wieku geologowie sądzili, że rozumieją, w jaki sposób układanki płyt tektonicznych pokrywających powierzchnię Ziemi poruszają się i pasują do siebie. Zakładali, że gdy jedna płytka skorupy ziemskiej przesuwa się obok drugiej, płyty albo stale pełzają obok siebie, albo utkną, gromadząc naprężenia, aż wybuchowo ześlizgują się w trzęsieniu ziemi, które wyrywa się ze strefy uskoku.
Ale począwszy od nowego tysiąclecia, szereg publikacji naukowych opisywał nową klasę powtarzających się i powszechnych powolnych trzęsień ziemi obserwowanych na przeciwległych krawędziach Pacyfiku.
Pierwszy raport o wyraźnie zdefiniowanym powolnym poślizgu pochodzi ze strefy subdukcji Cascadia, która jest utworzona przez płytę Juan de Fuca pchającą pod płytą Ameryki Północnej z północnej Kalifornii na wyspę Vancouver. Tam obszary około 20 mil pod powierzchnią są zmiękczone przez głębokości i wysokie temperatury i gładko przesuwają się obok siebie. Ale płytsze, kruche części przesuwnych płyt tektonicznych mogą utknąć razem, dopóki zablokowany obszar nie pęknie w gigantycznej megatorze. Cascadia nie wywołała wielkiego trzęsienia ziemi od 1700 roku - ale pogłoski w społeczności sejsmicznej sugerują, że nadchodzi następny wielki.
W 1999 roku geofizyk Herb Dragert z Geological Survey of Canada zauważył, że niektóre ciągłe stacje monitorowania GPS na południowej wyspie Vancouver i na półwyspie olimpijskim dziwnie się zachowują. Siedem z nich podskoczyło około ćwierć cala przez kilka tygodni w przeciwnym kierunku niż normalny ruch płyty. Tego rodzaju skok wstecz jest tym, czego można się spodziewać po trzęsieniu ziemi - ale nie było wykrywalnego wstrząsu.
„Herb początkowo bardzo się martwił - myślał, że coś jest nie tak z danymi” - mówi Kelin Wang, naukowiec z Geological Survey of Canada, który pracował z Dragertem i geologiem Thomasem Jamesem przy dekodowaniu tej układanki. „Próbował wszystkiego, aby udowodnić, że się myli, i wszystko zawiodło”.
To dlatego, że nie było nic złego w danych. Zespół wkrótce zdał sobie sprawę, że widzą tablicę Ameryki Północnej i płytę Juan de Fuca delikatnie zsuwającą się, gdy łaty, w których były połączone, rozpakowały się. W odległości od 18 do 24 mil pod powierzchnią te utknięte łaty znajdowały się nad obszarem o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu, w którym płytki ślizgają się płynnie, ale poniżej zablokowanych części strefy subdukcji generujących trzęsienia ziemi. I okazuje się, że lepka, pośrednia strefa ślizga się zgodnie z harmonogramem, co około 14 miesięcy.
Mniej więcej w tym samym czasie, na Oceanie Spokojnym, sejsmolog z Narodowego Instytutu Badań Naukowych o Ziemi i Zapobiegania Katastrofom zauważył wibracje o niskiej częstotliwości, które okresowo rozprzestrzeniają się od sejsmometru do sejsmometru w strefie subdukcji koryta Nankai w południowo-zachodniej Japonii. Kazushige Obara, który jest obecnie w Instytucie Badań nad Trzęsieniem Ziemi Uniwersytetu Tokio, zauważa, że te pomruki rozpoczęły się 21 mil pod powierzchnią i mogą trwać kilka dni, przypominając drżenie towarzyszące erupcjom wulkanicznym - ale to nie był obszar wulkaniczny.
Kiedy Obara i Dragert spotkali się na konferencji, zdali sobie sprawę, że zdarzenia powolnego poślizgu wykryte przez GPS i drżenie niewulkaniczne, które Obara wykrył w sejsmometrach, mogą być oznakami tego samego rodzaju niedostrzegalnego ruchu płyty w strefach subdukcji.
„Uderzył mnie ich podobny czas trwania, identyczne wyrównanie z uderzeniem ich odpowiednich stref subdukcji, podobne głębokości występowania”, mówi Dragert w e-mailu.
Kiedy więc Dragert wrócił do Kanady, jego kolega Garry Rogers, obecnie emerytowany sejsmolog, który pracował z Dragertem w Geological Survey of Canada, przeszukiwał skrzynki starych sejsmogramów, próbując zidentyfikować charakterystyczny przebieg drżenia. Znaleźli to za każdym razem, gdy urządzenia GPS rejestrowały zdarzenie wolnego poślizgu.
„Włosy stały na karku” - mówi Rogers. „To był bardzo ekscytujący dzień”.
Wkrótce potem Obara poślizgnął się na drżenie, które widział w Japonii. Teraz wiemy, że istnieją różne rodzaje powolnych trzęsień ziemi, które mogą wystąpić z drżeniem lub bez, na różnych głębokościach i na różne okresy. Cicho prześlizgnęli się przez strefy subdukcji u wybrzeży Alaski, Kostaryki, Meksyku, Nowej Zelandii, a nawet przez interfejs płyty pionowej usterki San Andreas, wszystko bez wykrycia (chyba że jesteś satelitą lub sejsmometrem).
„Naprawdę nie mieliśmy pojęcia, że istnieje całe bogate spektrum i rodzina zdarzeń poślizgowych” - mówi Laura Wallace, geofizyk z University of Texas w Austin, który bada powolne trzęsienia ziemi u wybrzeży Nowej Zelandii. „To naprawdę zmieniło nasze rozumienie tego, jak zachowują się defekty na granicach płyt i jak przystosowany jest ruch płyty. To całkiem spora sprawa. ”
Nowa Zelandia i dno morskie. Rów Hikurangi znajduje się na południe od ciemnoniebieskiego rowu (Rów Kermadec) w górnej środkowej części tego zdjęcia. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Ale zbadanie tego bogatego spektrum zdarzeń powolnego poślizgu jest wyzwaniem - częściowo dlatego, że są tak subtelne, a częściowo dlatego, że są w dużej mierze niedostępne.
„Cholernie trudno jest patrzeć na coś tak głęboko w ziemi” - mówi Rogers. Zwłaszcza jeśli coś znajduje się również głęboko pod powierzchnią morza, jak na przykład powolne poślizgnięcia, które przesuwają rów Hikurangi ze wschodniego wybrzeża Wyspy Północnej w Nowej Zelandii do kilku cali co kilka lat.
Więc w 2014 roku Wallace stał się kreatywny. Poprowadziła sieć podwodnych manometrów, aby wykryć wszelkie pionowe ruchy dna morskiego, które mogą sygnalizować powolne poślizgnięcie. Zmierzyła czas dokładnie: manometry wykryły dno oceanu pod nimi falujące w górę i w dół, co Wallace i jej zespół obliczyli, że płyty ześlizgnęły się na około 4 do 8 cali na przestrzeni kilku tygodni. W przeciwieństwie do powolnych poślizgnięć, które występują głęboko pod powierzchnią w Cascadii i Japonii, poślizgnięcia te powstały zaledwie od 2, 5 do 4 mil pod dnem morskim - co oznacza, że powolne trzęsienia ziemi mogą wystąpić na głębokościach i w warunkach znacznie innych niż te, które pierwotnie miały miejsce odkryte w.
Co więcej, odcinek rowu, który przyłapał manometry na Wallace'u, był tym samym odcinkiem, który w 1947 r. Wygenerował dwa tsunami, które rozbiły domek, zrzuciły dwóch mężczyzn na śródlądową drogę i jakoś nikogo nie zabili.
„Jeśli potrafimy zrozumieć związek między powolnymi poślizgami a niszczącymi trzęsieniami ziemi w strefach subdukcji, w końcu możemy być w stanie wykorzystać te rzeczy w sposób prognozujący” - mówi.
Ale najpierw musimy poprawić ich wykrywanie i monitorowanie, co właśnie robi Demian Saffer z Pennsylvania State University. W ciągu ostatnich sześciu lat współpracował z naukowcami z Japonii i Niemiec, aby założyć dwa obserwatoria odwiertów - w zasadzie kolekcje instrumentów zapieczętowanych w otworach głęboko pod dnem morskim w pobliżu rowu Nankai w południowo-zachodniej Japonii - miejsce, w którym Obara po raz pierwszy odkrył drżenie .
Z tych obserwatoriów odwiertów, a także z danych zebranych przez sieć czujników dna morskiego, jego zespół zebrał wstępne dowody na powolne poślizgnięcia, które pokrywają się z rojami małych trzęsień ziemi o niskiej częstotliwości. Saffer podejrzewa, że te powolne poślizgnięcia mogą uwalniać stłumiony stres na granicy płyty, który w przeciwnym razie pękłby w katastrofalnym trzęsieniu.
Porównuje to zjawisko do poślizgowego sprzęgła, które wytwarza trochę stresu, ale potem zawodzi co kilka miesięcy lub lat. „To, co widzimy, jest bardzo wstępne, ale widzimy oznaki dość powszechnych powolnych zdarzeń, które wydają się łagodzić naprężenia na granicy płyty, co jest dość fajne”, mówi. Przedstawi te wyniki na spotkaniu Amerykańskiej Unii Geofizycznej jesienią tego roku.
Naukowcy wyszukują zestaw podwodnych czujników, które monitorowały powolny poślizg u wybrzeży Nowej Zelandii. (Dzięki uprzejmości Erin Todd z University of California-Santa Cruz) Wallace, Saffer i duży międzynarodowy zespół naukowców planują obecnie wyprawę w 2018 r., Aby wywiercić otwór w Hikurangi, aby utworzyć podobne obserwatoria. Kiedy wiercą spiny w skorupie oceanicznej, planują zebrać próbki skał tworzących płyty tektoniczne, aby zrozumieć, co to jest o minerałach i płynach w strefie subdukcji, co pozwala na powolny poślizg.
„Istnieje wiele teorii na temat tego, jakie warunki fizyczne mogą prowadzić do powolnego zachowania poślizgowego”, wyjaśnia Wallace. Mówi, że jednym z najbardziej popularnych jest to, że nadmiar płynów w strefie uszkodzenia osłabia ją i pozwala na łatwiejsze ślizganie się. „Ale nadal tak naprawdę tego nie rozumiemy” - dodaje.
Tam, gdzie to wszystko się zaczęło, w strefie subdukcji Cascadia Heidi Houston z University of Washington pracuje również nad zrozumieniem podstawowych mechanizmów leżących u podstaw powolnych trzęsień ziemi. „Jakie procesy utrzymują ich powolność?”, Mówi Houston. „To jest ich główna tajemnica”.
Houston niedawno odkryło, że gdy drżenie dudni pod strefami uskoków, siły tak przyziemne, jak fale mogą je wzmocnić. Nadal bada, w jaki sposób głębokość, ciśnienie płynu i minerały osadzone na granicy między płytami tektonicznymi zmieniają właściwości powolnych trzęsień ziemi.
Podobnie jak inni sejsmolodzy, geologowie i geofizyk, którzy od czasu ich odkrycia zaczęli podążać w kierunku powolnych trzęsień ziemi, dreszczyk nieznanego motywuje Houston - podobnie jak możliwość zrozumienia, że powolne trzęsienia ziemi mogą pewnego dnia dać nam wgląd w śmiertelne trzęsienia ziemi.
„Mam czas w życiu studiując ten proces” - mówi.
