11. maaliskuuta 2011 voimakkuutta 9, 0 saanut maanjäristys ravisutti Japania melkein kuuden minuutin ajan, aiheuttaen tsunamin ja ydinonnettomuuden, joka tappoi yhdessä lähes 20 000 ihmistä. Mutta pinnan alla Japanin itärannikon päässä olevat tektoniset levyt olivat siirtyneet hiljaisesti kauan ennen ravistamisen alkamista. Helmikuussa 2011 kaksi hiljaisempia maanjäristyksiä alkoi hitaasti hiipua Japanin kaivoa pitkin kohti pistettä, jossa massiivinen, megatrustinen järistys puhkesi kuukautta myöhemmin.
Asiaan liittyvä sisältö
- Geologia Italian katastrofaalisen järistyksen takana
- Seismiset hidastumiset voisivat varoittaa uhkaavista maanjäristyksistä
Näitä omituisia, hiljaisia järistyksiä kutsutaan hitaiksi liukastumiseksi tai hitaiksi maanjäristyksiksi - kattotermeinä hiljaisten liikkeiden ja vapinajen spektrille, joka tapahtuu tektonisten levyjen välisellä rajalla. Vain viimeisen 20 vuoden aikana löydetyt hitaat maanjäristykset ovat edelleen seisminen palapeli. Ne voivat siirtää tektonisia levyjä yhtä paljon tai enemmän kuin voimakkuus 7. Mutta vaikka säännöllinen maanjäristys vapauttaa yhtäkkiä seismiset aallot, jotka voivat kaataa rakennuksia, hidas maanjäristys kestää päiviä, kuukausia, joskus jopa vuosia - ja lähellä olevat ihmiset eivät koskaan tunne mitään.
Näiden käsittämättömien jyrkkyysten uskotaan edeltäneen Japanin, Meksikon ja Chilen läpi räjähtäneitä massiivisia järistyksiä, mutta emme tiedä, aiheuttivatko hitaat maanjäristykset massiiviset temppelit tai edes kuinka ne liittyvät nopeampiin, vaarallisempiin kollegansa. Dekoodaus milloin, mihin ja miksi hitaat maanjäristykset lakkovat, voisi auttaa meitä ymmärtämään planeettamme vaarallisimpia vikavyöhykkeitä - ja ehkä jopa auttaa meitä ennustamaan tuhoisat järistykset ja tsunamit ennen kuin ne ottavat tiemaksun.
"Se on todellinen mysteeri", sanoo Heidi Houston, geofysiologi Washingtonin yliopistosta Seattlessa. "Tutkimme säännöllisiä maanjäristyksiä vuosikymmenien ajan ja ymmärrämme joitain asioita niistä - ja sitten tämä prosessi tulee eteenpäin ja se on joissain näkökohdissa sama ja toisissa hyvin erilainen."
Anturien asentaminen maan hienovaraisten liikkeiden seuraamiseksi. (Kohteliaisuus Yrtti Dragert) Geotieteilijät uskoivat ennen 1990-luvun loppua ymmärtävänsä, kuinka maanpinnan peittävien tektonisten levyjen palapeli liikkuu ja sovi yhteen. He olettivat, että kun yksi maapallonkuoren laatta liukuu toisen ohitse, levyt joko hiipivät tasaisesti toistensa ohitse tai juutistuvat kerääntyneellä stressillä, kunnes ne räjähtävät räjähdysmäisesti vikavyöhykkeeltä rypistyvässä maanjäristyksessä.
Mutta heti uuden vuosituhannen alkupuolella, tieteellisten julkaisujen kuvaus kuvasi uuden luokan toistuvia ja laajalle levinneitä hitaita maanjäristyksiä, joita havaittiin Tyynenmeren rannan vastakkaisilla reunoilla.
Ensimmäinen raportti selvästi määritellystä hitaasta lipastustapahtumasta tuli Cascadian subduction -vyöhykkeeltä, jonka muodostaa Juan de Fuca -levy, joka työntää Pohjois-Amerikan levyn alla Pohjois-Kaliforniasta Vancouver Islandille. Siellä syvyydet ja korkeat lämpötilat pehmentävät noin 20 mailia pinnan alla olevia alueita ja liukuvat tasaisesti toistensa ohi. Mutta liukuvien tektonisten levyjen matalammat, hauraat osat voivat tarttua toisiinsa, kunnes juuttunut alue repeytyy jättiläisessä megatrustissa. Cascadia ei ole vapauttanut jättimäistä järistystä 1700-luvulta lähtien - mutta seismisessä yhteisössä jyrinättää, että seuraava iso on tulossa.
Vuonna 1999 geofyysikko Herb Dragert Kanadan geologian tutkimuskeskuksen kanssa huomasi, että jotkut jatkuvat GPS-seuranta-asemat Vancouverin eteläosassa ja olympia niemimaalla käyttäytyivät omituisesti. Seitsemän heistä hyppäsi noin neljänneksen tuumasta useiden viikkojen aikana levyn normaalin liikkeen vastakkaiseen suuntaan. Tällainen taaksepäin tapahtuva hyppy on se, mitä voit odottaa näkeväsi maanjäristyksessä - mutta mitään havaittavaa ravistamista ei ollut ollut.
"Yrtti oli aluksi erittäin huolissaan - hän piti tiedoista jotain vikaa", sanoo Kanadan geologisen tutkimuksen tutkija Kelin Wang, joka työskenteli Dragertin ja geotieteilijä Thomas Jamesin kanssa tämän palapelin purkamiseksi. "Hän yritti kaiken todistaakseen olevansa väärässä, ja kaikki epäonnistui."
Tämä johtuu siitä, että tiedoissa ei ollut mitään vikaa. Ryhmä huomasi pian näkevänsä Pohjois-Amerikan levyn ja Juan de Fuca -levyn luiskahtavan varovasti, kun laastarit olivat kiinni toisistaan. 18 - 24 mailia pinnan alla nämä jumissa olevat laastarit olivat korkean lämpötilan, korkeapainealueen yläpuolella, missä levyt liukuvat tasaisesti, mutta subduktiovyöhykkeen lukittujen, maanjäristystä aiheuttavien osien alapuolella. Ja osoittautuu, että tahmea, välivyöhyke luistaa aikataulussa, noin joka 14. kuukausi.
Samanaikaisesti Tyynen valtameren yli sijaitsevan seismologin kanssa Maan tieteen ja katastrofien ehkäisyn kansallisen tutkimusinstituutin kanssa havaittiin matalataajuisia värähtelyjä, jotka leviävät ajoittain seismometristä seismometriin Nankai-kanavan subduktiovyöhykkeen yli Lounais-Japanissa. Kazushige Obara, joka on nyt Tokion yliopiston maanjäristysten tutkimuslaitoksessa, huomauttaa, että nämä jyrinä alkoivat 21 mailia pinnan alla ja voivat jatkaa päiviä, muistuttaen vapinaa, joka liittyy tulivuorenpurkauksiin - mutta tämä ei ollut vulkaanista aluetta.
Kun Obara ja Dragert tapasivat konferenssissa, he ymmärsivät, että GPS: n havaitsemat hitaat liukastumistapahtumat ja seismometrissä noussut ei-vulkaaninen vapina Obara, voivat molemmat olla merkkejä saman tyyppisestä havaitsemattomasta levyn liikkeestä subduktiovyöhykkeillä.
"Minua iski heidän samanlainen kestoaika, identtiset suuntaukset vastaavien subduktiovyöhykkeidensä lakkoon, samanlaiset tapahtumissyvyydet", Dragert sanoo sähköpostissa.
Joten kun Dragert palasi Kanadaan, hänen kollegansa Garry Rogers, nyt eläkkeellä oleva seismologi, joka työskenteli Dragertin kanssa Kanadan geologisessa tutkimuksessa, metsästi vanhojen seismogrammien laatikoiden läpi yrittääkseen tunnistaa vapinaa edustavan aaltomuodon. He löysivät sen joka kerta, kun GPS-yksiköt tallensivat hitaan luisutapahtuman.
”Hiukset seisoivat kaulani takana”, Rogers sanoo. "Se oli erittäin jännittävä päivä."
Pian sen jälkeen Obara otti liukasteen vapinaan, jonka hän näki Japanissa. Nyt tiedämme, että on olemassa erilaisia hitaita maanjäristyksiä, joita voi tapahtua vapinaa tai ilman sitä, eri syvyyksillä ja eri keston ajan. He ovat siirtyneet hiljaisesti subduktiovyöhykkeiden läpi Alaskan, Costa Rican, Meksikon, Uuden-Seelannin rannikolta ja jopa San Andreas -vian pystysuoran levyliittymän kautta, kaikki ilman havaitsemista (ellet ole satelliitti tai seismometri).
"Meillä ei todellakaan ollut aavistustakaan siitä, että kyseessä olisi koko rikas spektri ja vikaantumistiheys", kertoo Austinin Teksasin yliopiston geofysiikka Laura Wallace, joka tutkii hitaita maanjäristyksiä Uuden-Seelannin rannikolla. ”Se on todella muuttanut ymmärrystämme siitä, kuinka viat käyttäytyvät levyjen rajoilla ja kuinka levyt liikkuvat. Se on aika iso juttu. ”
Uusi-Seelanti ja merenpohja. Hikurangin kaivanto on juuri tummansinisen kaivannon (Kermadecin kaivanto) eteläpuolella kuvan ylä-keskellä. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Mutta tämän hitaan hitauden tapahtumien rikkaan spektrin tutkiminen on haaste - osittain siksi, että ne ovat niin hienoisia, ja osittain siksi, etteivät ne ole suuresti tavoitettavissa.
"On vain pirun vaikeaa katsoa jotain, joka on niin syvää maan päällä", Rogers sanoo. Varsinkin jos jotain on myös syvällä meren alla, kuten hitaat liukastelutapahtumat, jotka siirtävät Hikurangin kaivan Uuden-Seelannin pohjoisaaren itärannikolta useaan tuumaan muutaman vuoden välein.
Joten vuonna 2014 Wallace sai luovan. Hän johti vedenalaisten painemittarien verkon käyttöönottoa meripohjan pystysuuntaisen liikkeen havaitsemiseksi, joka saattaa ilmoittaa hitaasta liukastumisesta. Hän ajoitti sen aivan oikein: Painemittarit havaitsivat niiden alla olevan merenpohjan nousevan ylös ja alas, minkä Wallace ja hänen tiiminsä arvioivat tarkoittavan, että levyt olivat luiskelleet noin 4–8 tuumaa muutaman viikon ajan. Toisin kuin Cascadian ja Japanin hitaat liukastukset, jotka tapahtuvat syvällä pinnan alla, nämä liukasteet olivat peräisin vain 2, 5 - 4 mailia merenpohjan alapuolella - mikä tarkoittaa, että hitaita maanjäristyksiä voi tapahtua syvyydessä ja olosuhteissa, jotka ovat paljon erilaisia kuin ne olivat alun perin. löydetty.
Lisäksi kaivoksen osa, jonka Wallacen painemittarit liukastuivat, oli sama osa, joka aiheutti kaksi vastakkaista tsunamia vuonna 1947, joka mursi mökin, upotti kaksi miestä sisämaan tielle ja tappoi jotenkin ketään.
"Jos ymmärrämme hitaiden liukastumisten ja vaimennusvyöhykkeiden vahingollisten maanjäristysten välisen suhteen, voimme lopulta käyttää näitä asioita ennustettavalla tavalla", hän sanoo.
Mutta ensinnäkin meidän on parannettava niiden havaitsemista ja seurantaa, mitä juuri Demian Saffer Pennsylvanian osavaltion yliopistossa yrittää tehdä. Viimeisen kuuden vuoden aikana hän on työskennellyt Japanin ja Saksan tutkijoiden kanssa perustaakseen kaksi porausreiän observatorioa - lähinnä instrumenttikokoelmat, jotka on suljettu reikiin syvälle merenpohjan alle Nankai-kaivannon lähellä Lounais-Japanissa - paikkaan, jossa Obara löysi vapinaa. .
Näistä porausreikien observatorioista sekä merenpohjan anturiverkoston keräämistä tiedoista hänen työryhmänsä on kerännyt alustavia todisteita hitaista liukastuksista, jotka ovat samanaikaisia pienten, matalataajuisten maanjäristysten parvien kanssa. Saffer epäilee, että nämä hitaat hitaat liukastukset saattavat vapauttaa pent-up-stressiä levyn rajalla, joka muuten rikkoutuisi katastrofaalisen järistyksen yhteydessä.
Hän vertaa tätä ilmiötä liukastuvaan kytkimeen, joka rakentaa vähän stressiä, mutta sitten epäonnistuu muutaman kuukauden tai vuoden välein. "Se mitä näemme on hyvin alustavaa, mutta näemme merkkejä melko yleisistä hitaista tapahtumista, jotka näyttävät lievittävän stressiä levyn rajalla, mikä on tavallaan viileää", hän sanoo. Hän esittelee nämä tulokset Yhdysvaltain geofysikaalisen liiton kokouksessa syksyllä.
Tutkijat hakivat sarjan vedenalaisia antureita, jotka olivat tarkkailleet hidasta liukumista Uuden-Seelannin rannikolta. (Kohteliaisuus Erin Todd Kalifornian yliopistossa - Santa Cruz) Wallace, Saffer ja suuri kansainvälinen tutkijaryhmä suunnittelevat parhaillaan retkikuntaa vuodelle 2018 porataksesi Hikurangin kaivoon vastaavien observatorioiden perustamiseksi. Ja kun porataan pyöriä valtameren kuoreen, he aikovat kerätä näytteitä kivistä, jotka muodostavat tektoniset levyt ymmärtääksesi, mitä se on mineraaleista ja nesteistä subduktiovyöhykkeellä, joka sallii hitaan liukumisen.
"Siellä on paljon teorioita siitä, millaiset fyysiset olosuhteet voivat johtaa tähän hitaaseen liukukäyttäytymiseen", Wallace selittää. Hänen mukaansa yksi suosituimmista on se, että ylimääräiset nesteet vikavyöhykkeen sisällä heikentävät sitä ja antavat sen liukua helpommin. "Mutta emme vieläkään oikeasti ymmärrä sitä", hän lisää.
Siellä missä kaikki alkoi, Cascadian subduktiovyöhykkeellä, Washingtonin yliopiston Heidi Houston pyrkii myös ymmärtämään hitaiden maanjäristysten taustalla olevat perusmekanismit. ”Mitkä prosessit pitävät niitä hitaina?” Houston sanoo. "Se on heidän keskeinen salaisuutensa."
Houston huomasi äskettäin, että kun vapina koskee vikavyöhykkeiden alla, niin maalliset voimat kuin vuorovedet voivat vahvistaa niitä. Hän jatkaa tutkimusta, kuinka tektonisten levyjen väliselle rajalle kerrostunut syvyys, nestepaine ja mineraalit muuttavat hitaiden maanjäristysten ominaisuuksia.
Kuten muutkin seismologit, geotieteilijät ja geofyysikot, jotka ovat havainneistaan lähtien pyrkineet hitaisiin maanjäristyksiin, tuntemattoman jännitys motivoi Houstonia - samoin kuin mahdollisuus, että hidas maanjäristysten ymmärtäminen voi antaa meille käsityksen tappavista järistyksistä.
"Tutkin tätä prosessia elämäni aikana", hän sanoo.
