11. märtsil 2011 raputas Jaapanit ligi kuue minuti jooksul 9, 0-magnituudine maavärin, mis vallandas tsunami ja tuumakatastroofi, milles hukkus kokku ligi 20 000 inimest. Kuid pinna all olid Jaapani idaranniku lähedal asuvad tektoonilised plaadid juba vaikselt enne värisemise algust vaikselt nihkuma hakanud. 2011. aasta veebruaris hakkasid Jaapani kraavi ääres aeglaselt hiilima kaks vaiksemat maavärinat, kuni punktini, kus kuu aega hiljem puhkes tohutu megajõuline maavärin.
Seotud sisu
- Geoloogia Itaalia katastroofilise Quake'i taga
- Seismilised aeglustused võivad hoiatada eelseisvate maavärinate eest
Neid kummalisi vaikseid maavärinaid nimetatakse aeglaste libisemise sündmusteks või aeglasteks maavärinateks - katusterminid alatu liikumise ja raputamise spektrile, mis toimub tektooniliste plaatide vahelisel piiril. Ainult viimase 20 aasta jooksul avastatud aeglased maavärinad on endiselt seismiline mõistatus. Nad võivad nihutada tektoonilisi plaate nii palju või rohkem kui 7-magnituudine värisemine. Kuid kui regulaarne maavärin vabastab järsult seismilised lained, mis võivad hooneid ümber lükata, kestab aeglane maavärin päevi, kuid, mõnikord isegi aastaid - ja läheduses olevad inimesed ei tunne kunagi asja.
Arvatakse, et need tajumatud müristamised eelnesid Jaapanist, Mehhikost ja Tšiilist läbi tunginud ulatuslikele maavärinatele, kuid me ei tea, kas aeglased maavärinad vallandasid massilised värinad või isegi kuidas nad suhestuvad nende kiiremate, ohtlikumate vastastega. Dekodeerimine, millal, kus ja miks aeglased maavärinad löövad, võib aidata meil mõista meie planeedi kõige ohtlikumaid vööndite piirkondi - ja võib-olla isegi aidata meil ennustada laastavaid maavärinaid ja tsunamisid enne, kui nad teemaksu saavad.
"See on tõeline mõistatus, " ütleb Seattle'is Washingtoni ülikooli geofüüsik Heidi Houston. "Uurisime korrapäraseid maavärinaid aastakümnete jooksul ja mõistame nende kohta mõnda asja - ja siis tuleb see protsess kaasa ning mõnes aspektis on see sama ja mõnes muus osas väga erinev."
Andurite paigaldamine maa peene liikumise jälgimiseks. (Viisakalt Herb Dragert) Enne 1990ndate lõppu arvasid geoteadlased, et neil on mõista, kuidas Maa pinda katvate tektooniliste plaatide mosaiikmõistatus liigub ja sobivad kokku. Nad arvasid, et kui üks maapõue plaat libiseb teisest mööda, libisevad plaadid ühtlaselt mööda teineteist või kinnituvad, kuhjudes stressi, kuni nad libisevad plahvatuslikult maavärinavärinas, mis rikketsoonist kobiseb.
Kuid kohe uue aastatuhande paiku kirjeldas teaduslik väljaannete tuur Vaikse ookeani äärealadel täheldatud uut klassi korduvaid ja laialt levinud aeglasi maavärinaid.
Esimene aruanne selgelt määratletud aeglase libisemise sündmusest tuli Cascadia subduktsioonivööndist, mille moodustab Juan de Fuca plaat, mis surub Põhja-Ameerika plaadi all Põhja-Californias Vancouveri saarele. Seal pehmendavad sügavused ja kõrge temperatuur umbes 20 miili sügavusel asuvaid piirkondi ja libisevad sujuvalt teineteisest mööda. Kuid libisevate tektooniliste plaatide madalamad, haprad osad võivad üksteisega kinni jääda, kuni kinni jäänud piirkond rebeneb hiiglaslikus megatrustis. Cascadia pole hiiglaslikku maavärinat lahti lasknud alates 1700. aastast, kuid seismilise kogukonna müristamine vihjab järgmise suure tulekule.
1999. aastal märkas geofüüsik Herb Dragert Kanada geoloogiakeskusega, et mõned pidevad GPS-seirejaamad Vancouveri saare lõunaosas ja Olümpia poolsaarel käitusid veidralt. Neist seitse hüppas mitme nädala jooksul umbes veerand tolli plaadi tavapärase liikumise vastassuunas. Sellist tahapoole hüppamist võiksite oodata maavärina korral, kuid raputamist ei olnud olnud.
"Herb oli alguses väga mures - tema arvates oli andmetes midagi valesti, " ütleb Kanada geoloogiakeskuse teadlane Kelin Wang, kes tegi selle mõistatuse dekodeerimiseks koostööd Dragerti ja geoteadlase Thomas Jamesiga. "Ta üritas kõike, et ennast eksida, ja kõik ei õnnestunud."
Seda seetõttu, et andmetes polnud viga midagi. Meeskond taipas peagi, et nad nägid Põhja-Ameerika plaati ja Juan de Fuca plaati libisevat õrnalt, kuna plaastrid, kuhu need olid kleebitud, olid pakkimata. 18–24 miili kaugusel pinnast olid need kleepunud laigud kõrge temperatuuriga kõrgrõhuala kohal, kus plaadid libisevad sujuvalt, kuid allpool subduktsioonitsooni lukustatud, maavärinat tekitavaid osi. Ja selgub, et kleepuv vahetsoon libiseb ajakavas, umbes iga 14 kuu tagant.
Umbes samal ajal märkas seismoloog koos Vaikse ookeani riikliku maateaduste ja katastroofide ennetamise riikliku uurimisinstituudiga madala sagedusega vibratsioone, mis levivad perioodiliselt seismomeetrist seismomeetrini kogu Nankai küna subduktsioonivööndis Jaapani edelaosas. Kazushige Obara, kes on praegu Tokyo ülikooli maavärinate uurimise instituudis, täheldab, et need müristamised algasid 21 miili maapinnast ja võisid jätkuda päevi, meenutades vulkaanipursetega kaasnevat värinat - kuid see polnud vulkaaniline piirkond.
Kui Obara ja Dragert kohtusid konverentsil, mõistsid nad, et GPS-i abil tuvastatud aeglased libisemise sündmused ja seismomeetrite poolt üles tõstetud mitte vulkaaniline treemor, mille Obara tõstis, võivad mõlemad olla märgid samasuguse tajutamatu plaadi liikumise kohta subduktsioonitsoonides.
"Mind tabas nende sarnane kestvusaeg, identsed joondumised nende vastavate subduktsioonitsoonide streikidega, sarnased esinemissügavused, " ütleb Dragert meilis.
Nii et kui Dragert Kanadasse tagasi jõudis, jahtis tema kolleeg Garry Rogers, nüüd pensionil olnud seismoloog, kes töötas koos Dragertiga Kanada geoloogiakeskuses, vanade seismogrammide kastide kaudu, et proovida tuvastada tremori märgulaine lainekuju. Nad leidsid selle iga kord, kui GPS-seadmed registreerisid aeglase libisemise sündmuse.
“Karvad olid mu kaela tagaosas püsti, ” räägib Rogers. "See oli väga põnev päev."
Varsti pärast seda sobitas Obara libastumist värinaga, mida ta Jaapanis nägi. Nüüd teame, et on olemas erinevaid aeglaseid maavärinaid, mis võivad toimuda värisemisega või ilma, erineval sügavusel ja erineva kestusega. Nad on vaikselt libisenud läbi subduktsioonitsoonide Alaska, Costa Rica, Mehhiko, Uus-Meremaa rannikutelt ja isegi läbi San Andrease rikke vertikaalse plaadiliidese, kõik ilma tuvastuseta (välja arvatud juhul, kui olete satelliit või seismomeeter).
"Meil polnud õrna aimugi, et tegemist on kogu rikkaliku spektri ja rikkejuhtumite perekonnaga, " ütleb Austini Texase ülikooli geofüüsik Laura Wallace, kes uurib Uus-Meremaa ranniku aeglaseid maavärinaid. „See on tõesti muutnud meie arusaama sellest, kuidas vead plaadi piiridel käituvad ja kuidas plaadi liikumist kohandatakse. See on päris suur asi. ”
Uus-Meremaa ja merepõhi. Hikurangi kraav asub selle pildi ülaservas ja keskosas tumesinisest kraavist (Kermadeci kraavist) lõuna pool. (Sandwell ja Smith (1997), Stagpoole (2002)) Kuid selle rikkaliku aeglase libisemise sündmuste uurimine on väljakutse - osaliselt seetõttu, et need on nii peened, ja osaliselt seetõttu, et nad on suuresti kättesaamatud.
"See on lihtsalt neetud keeruline vaadata midagi, mis on nii sügaval Maa peal, " ütleb Rogers. Eriti kui see midagi asub ka sügaval mere all, näiteks aeglased libisemise sündmused, mis viivad Hikurangi kraavi Uus-Meremaa Põhjasaare idarannikult kuni mitme tollini iga paari aasta tagant.
Nii sai Wallace 2014. aastal loovaks. Ta juhtis veealuste manomeetrite võrgu kasutuselevõttu, et tuvastada merepõhja võimalik vertikaalne liikumine, mis võib anda märku aeglasest libisemisjuhtumist. Ta ajastas selle täpselt õigesti: manomeetrid tuvastasid nende all ookeanipõhja üles ja alla liikudes, mille järgi Wallace ja tema meeskond arvasid, et plaadid olid mõne nädala jooksul libisenud umbes 4–8 tolli. Erinevalt aeglastest libedustest, mis toimuvad sügaval pinna all Cascadias ja Jaapanis, pärinesid need libedused kõigest 2, 5–4 miili merepõhja all - see tähendab, et aeglased maavärinad võivad aset leida sügavuses ja tingimustes, mis on palju erinevad kui need, mis nad algselt olid aastal avastatud.
Veelgi enam, kraavi see osa, mille Wallace manomeetrid libisesid kinni, oli sama lõik, mis tekitas kaks 1947. aastal kaks tagumist tsunamit, mis purustas suvila, uputas kaks meest siseteele ja ei tapnud kuidagi.
"Kui me mõistame seda suhet aeglaste libisemise sündmuste ja subduktsioonitsoonides toimuvate kahjulike maavärinate vahel, võime lõpuks olla võimeline neid asju ennustavalt kasutama, " ütleb ta.
Kuid kõigepealt peame neid paremini avastama ja jälgima, mida just Demian Saffer Pennsylvania osariigi ülikoolis üritab teha. Viimase kuue aasta jooksul on ta teinud koostööd Jaapani ja Saksamaa teadlastega kahe puuraukude vaatluskeskuse rajamiseks - põhimõtteliselt Jaapani edelaosas Nankai kraavi lähedal sügavale merepõhja asuvatesse aukudesse puuritud aukudesse suletud instrumentide kollektsioonid - kohas, kus Obara esmakordselt värisemise avastas. .
Nendest puuraugu vaatluskeskustest ja merepõhja andurite võrgustiku kogutud andmetest on tema meeskond kogunud esialgseid tõendeid aeglaste libisemise kohta, mis langevad kokku väikeste, madala sagedusega maavärinate sülemitega. Saffer arvab, et need aeglased aeglased libisemised võivad plaadi piiril vabastada sissetungitud stressi, mis vastasel juhul rebeneks katastroofilises värises.
Ta võrdleb seda nähtust libiseva siduriga, mis tekitab natuke stressi, kuid seejärel ebaõnnestub iga paari kuu või aasta tagant. "See, mida me näeme, on väga esialgne, kuid näeme märke üsna tavalistest aeglastest sündmustest, mis näivad leevendavat stressi taldriku piiril, mis on omamoodi lahe, " ütleb ta. Ta tutvustab neid tulemusi Ameerika geofüüsikalise liidu kohtumisel sel sügisel.
Teadlased hankisid komplekti veealuseid andureid, mis olid jälginud Uus-Meremaa ranniku aeglast libisemist. (Viisakalt Erin Todd California ülikoolis-Santa Cruzis) Wallace, Saffer ja suur rahvusvaheline teadlaste meeskond kavandavad praegu 2018. aasta ekspeditsiooni Hikurangi kraavi puurimiseks, et rajada samasugused observatooriumid. Ja kui nad puurivad spiraale ookeanilisse maakooresse, plaanivad nad koguda tektoonilisi plaate moodustavate kivimite proove, et mõista, mis see on mineraalide ja subduktsioonitsoonis olevate vedelike kohta, mis võimaldab aeglast libisemist.
"Selle kohta, millised füüsilised tingimused võivad aeglase libisemise käitumiseni viia, on palju teooriaid, " selgitab Wallace. Ta ütleb, et üks populaarsemaid on see, et liigsed vedelikud rikketsoonis nõrgendavad seda ja võimaldavad sellel kergemini libiseda. "Kuid me ei saa sellest ikkagi päriselt aru, " lisab ta.
Seal, kus kõik alguse sai, töötab Cascadia subduktsioonivööndis ka Washingtoni ülikooli Heidi Houston, et mõista põhimehhanisme, mis aeglaste maavärinate aluseks on. “Millised protsessid hoiavad neid aeglaselt?” Ütleb Houston. "See on nende keskne mõistatus."
Houston avastas hiljuti, et kui värinad tsoonide all kolisevad, suudavad mõõnajõud neid tugevdada. Ta jätkab uurimist, kuidas tektooniliste plaatide piirile ladestunud sügavus, vedeliku rõhk ja mineraalid muudavad aeglaste maavärinate omadusi.
Nagu teisedki seismoloogid, geoteadlased ja geofüüsikud, kes on pärast avastamist liikunud aeglaste maavärinate poole, motiveerib tundmatuks jääv põnevus Houstoni - nagu ka võimalus, et aeglaste maavärinate mõistmine võib ühel päeval anda meile ülevaate surmavatest värinatest.
"Mul on kogu aeg aega seda protsessi uurida, " ütleb ta.
