На 11 март 2011 г. земетресение с магнитуд 9, 0 разтърси Япония близо шест минути, предизвиквайки цунами и ядрена катастрофа, която колективно загина близо 20 000 души. Но под повърхността тектонските плочи край източното крайбрежие на Япония тихо започнаха да се изместват много преди да започне треперенето. През февруари 2011 г. две по-тихи земетресения започнаха бавно да пълзят по Японския тренд към точката, в която масивният мегаструстов трус ще избухне месец по-късно.
Свързано съдържание
- Геологията зад катастрофалния трус в Италия
- Сеизмичните забавяния могат да предупредят за предстоящи земетресения
Тези странни, тихи земетресения се наричат събития на бавно плъзгане или бавни земетресения - чадър термини за спектъра на приглушените движения и треперения, които се случват на границата между тектонските плочи. Открити само през последните 20 години, бавните земетресения все още са сеизмичен пъзел. Те могат да изместват тектоничните плочи с голяма или повече от трус с магнитуд 7. Но докато редовното земетресение изведнъж освобождава сеизмични вълни, които могат да свалят сгради, бавното земетресение продължава дни, месеци, понякога дори години - и хората в близост никога не усещат нищо.
Смята се, че тези незабележими бучене предхождат огромни земетресения, които разкъсват Япония, Мексико и Чили - но не знаем дали бавните земетресения са задействали масивните таблори или дори как са свързани с по-бързите си, по-опасни колеги. Дешифрирането кога, къде и защо бавните удари на земетресенията може да ни помогне да разберем най-опасните зони на разломи на нашата планета - и евентуално дори да ни помогне да прогнозираме опустошителни земетресения и цунами, преди да вземат своя данък.
„Това е истинска загадка“, казва Хайди Хюстън, геофизик от Университета на Вашингтон в Сиатъл. „Ние изучавахме редовни земетресения в продължение на десетилетия и разбираме някои неща за тях - и тогава този процес идва и той е един и същ в някои аспекти и толкова различен в някои други аспекти.“
Инсталиране на сензори за наблюдение на фините движения на земята. (С любезното съдействие Херб Драгерт) Преди края на 90-те години геолозите смятат, че разбират как пъзелът от тектонски плочи, покриващ земната повърхност, се движат и прилягат едно към друго. Те предположиха, че докато една плоча от земната кора се плъзга покрай друга, плочите или постоянно се промъкват една след друга, или се забиват, натрупвайки стрес, докато не се изплъзват експлозивно при земетресение, което се разкъсва от зоната на разлома.
Но започвайки точно през новото хилядолетие, буря от научни публикации описва нов клас на повтарящи се и широко разпространени бавни земетресения, наблюдавани на противоположните краища на Тихия океан.
Първият доклад за ясно дефинирано бавно плъзгане е от зоната на субдукция Каскадия, която се формира от плочата Хуан де Фука, която се изтласква под плочата на Северна Америка от Северна Калифорния до остров Ванкувър. Там районите, намиращи се на около 20 мили под повърхността, са омекотени от дълбочините и високите температури и се плъзгат плавно покрай друг. Но по-плитките, чупливи части от плъзгащите се тектонични плочи могат да се слепят, докато залепеният участък се разкъса в гигантски мегатруст. Каскадия не отключи гигантски трус от 1700 г. насам, но бученето в сеизмичната общност предполага, че идва следващото голямо.
През 1999 г. геофизикът Хърб Драгерт от Геологическата служба на Канада забеляза, че някои станции за непрекъснат GPS мониторинг на южния остров Ванкувър и Олимпийския полуостров се държат странно. Седем от тях скочиха около четвърт инч за няколко седмици в обратна посока от нормалното движение на плочата. Този вид скок назад е това, което бихте очаквали да видите при земетресение - но не беше забележимо разтърсване.
„Хърб в началото беше много притеснена - смяташе, че нещо не е наред с данните“, казва Келин Ванг, учен от Геологическото проучване на Канада, който е работил с Драгерт и геологът Томас Джеймс, за да декодира този пъзел. „Той опита всичко да се докаже грешно и всичко не успя.“
Това е така, защото нямаше нищо лошо в данните. Екипът скоро разбра, че вижда плаката в Северна Америка и плочата Хуан де Фука леко се приплъзват като лепенките, където бяха залепени заедно, неразгънати. На 18 до 24 мили под повърхността, тези залепени пластири бяха над зоната с високо налягане и високо налягане, където плочите се плъзгат плавно, но под заключените части, генериращи земетресение в зоната на субдукция. И се оказва, че лепкавата междинна зона се плъзга по график, около всеки 14 месеца.
Приблизително по същото време, през Тихия океан, сеизмолог с Националния изследователски институт за наука за Земята и предотвратяване на бедствия забеляза нискочестотни вибрации, които се разпространяват периодично от сеизмометър до сеизмометър през зоната на субдукция на Нанкайското корито в Югозападна Япония. Казушиге Обара, който сега е в Научния институт за земетресение на университета в Токио, наблюдава, че тези мърморения са започнали на 21 мили под повърхността и могат да продължат с дни, наподобявайки тремора, който придружава вулканичните изригвания, но това не е вулканична зона.
Когато Обара и Драгерт се срещнаха на конференция, те разбраха, че събитията с бавно плъзгане, които Драгерт открива чрез GPS и невулканичният тремор, който Обара е взел на сеизмометри, могат да бъдат и двата знака за един и същи вид незабележимо движение на плочите в зоните на субдукция.
„Бях поразен от сходното им времетраене, еднакво подравняване с удара на съответните им субдукционни зони, сходни дълбочини на възникване“, казва Драгерт в имейл.
И така, когато Драгерт се прибра в Канада, неговият колега Гари Роджърс, вече пенсиониран сеизмолог, работил с Драгерт в Геологическата служба на Канада, ловуваше през кутии със стари сеизмограми, за да се опита да идентифицира сигнала на сигнала на тремора. Намериха го всеки път, когато GPS устройствата регистрираха бавно плъзгане.
"Космите се изправиха на гърба на врата ми", казва Роджърс. „Това беше много вълнуващ ден.“
Скоро след това Обара срещна фиш с тремора, който виждаше в Япония. Сега знаем, че има различни видове бавни земетресения, които могат да се случат с или без тремор, на различни дълбочини и с различна продължителност. Тихо са се промъкнали през субдукционните зони край бреговете на Аляска, Коста Рика, Мексико, Нова Зеландия и дори през интерфейса на вертикалната плоча на разлома Сан Андреас, всички без откриване (освен ако не сте сателит или сеизмометър).
„Наистина нямахме представа, че има цял богат спектър и семейство от събития на разрушения“, казва Лора Уолъс, геофизик от Тексаския университет в Остин, която изучава бавни земетресения край бреговете на Нова Зеландия. „Това наистина е преобразило нашето разбиране за това как се държат неизправности на границите на плочата и как е приспособено движението на плочата. Това е доста голяма работа. "
Нова Зеландия и морското дъно. Тренът на Хикуранги е точно на юг от тъмносиния окоп (Кермадекският окоп) в горната и средна част на това изображение. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Но изследването на този богат спектър от събития с бавно плъзгане е предизвикателство - отчасти защото са толкова фини, а отчасти защото са до голяма степен недостъпни.
„Просто е дяволски трудно да гледаш нещо, което е толкова дълбоко в Земята“, казва Роджърс. Особено ако нещо също е дълбоко под морето, като бавните плъзгащи се събития, които изместват окопа на Хикуранги край източния бряг на Северния остров на Нова Зеландия до няколко сантиметра на всеки няколко години.
Така през 2014 г. Уолъс стана креативен. Тя ръководи разгръщането на мрежа от подводни манометри, за да открие всяко вертикално движение на морското дъно, което може да сигнализира за бавно плъзгане. Тя го присвои точно: Манометрите откриха, че океанското дъно под тях се издига нагоре и надолу, което Уолъс и екипът й изчислиха, че значението на плочите се е подхлъзнало около 4 до 8 инча през педя от няколко седмици. За разлика от бавните фишове, които се случват дълбоко под повърхността в Каскадия и Япония, тези фишове възникват само на 2, 5 до 4 мили под морското дъно - което означава, че бавните земетресения могат да се случат на дълбочина и при условия, далеч различни от тези, които са били първоначално открити в.
Нещо повече - участъкът от окопа, който манометрите на Уолъс хванаха да се подхлъзват, беше същият участък, който генерира две цунами отзад назад към 1947 г., които разрушиха къщичка, изхвърлиха двама мъже по вътрешен път и някак не убиха никого.
"Ако успеем да разберем тази връзка между бавни събития на плъзгане и вредните земетресения в зоните на субдукция, в крайна сметка може да успеем да използваме тези неща по прогнозен начин", казва тя.
Но първо трябва да станем по-добри в тяхното откриване и наблюдение, което е точно това, което се опитва да направи Демиан Сафър от Пенсилвания държавен университет. През последните шест години той работи с учени в Япония и Германия, за да създаде две сондажни обсерватории - в основата си колекции от инструменти, запечатани в сондажи, дълбоко под морското дъно в близост до Нанкайския ров в Югозападна Япония - мястото, където Обара за първи път откри тремор,
От тези наблюдения на сондажи, както и от данни, събрани от морска дъна от сензори, неговият екип е събрал предварителни доказателства за бавни фишове, които съвпадат с рояци от малки земетресения с ниска честота. Сафър подозира, че тези бавни бавни плъзгания могат да освободят напрежение на спускане на границата на плочата, което в противен случай би се спукало при катастрофален трус.
Той сравнява това явление с хлъзгащ се съединител, който създава малко стрес, но след това се проваля на всеки няколко месеца до години. „Това, което виждаме, е много предварително, но виждаме индикации за доста често срещани бавни събития, които изглежда са облекчаващи стреса върху границата на плочата, което е доста готино“, казва той. Той ще представи тези резултати на срещата на Американския геофизичен съюз тази есен.
Изследователите извличат набор от подводни сензори, които наблюдават бавно приплъзване край бреговете на Нова Зеландия. (С любезното съдействие Ерин Тод от Калифорнийския университет в Санта Крус) Уолъс, Сафър и голям международен екип от учени планират експедиция за 2018 г., за да пробият в окопа на Хикуранги, за да създадат подобни обсерватории. И докато пробиват завъртания в океанската кора, те планират да събират проби от скалите, съставляващи тектонските плочи, за да разберат за какво става въпрос за минералите и флуидите в зоната на субдукция, което позволява да се случи бавно приплъзване.
"Има много теории за това какви видове физически условия могат да доведат до това поведение на бавно приплъзване", обяснява Уолъс. Тя казва, че едно от най-популярните е, че излишните течности в зоната на повреда я отслабват и позволяват да се плъзга по-лесно. „Но ние все още не разбираме наистина това“, добавя тя.
Там, където всичко започна, в зоната на субдукция Каскадия, университетът във Вашингтон Хайди Хюстън също работи, за да разбере основните механизми, които стоят в основата на бавните земетресения. „Какви процеси ги забавят?“, Казва Хюстън. "Това е централната загадка за тях."
Наскоро Хюстън откри, че тъй като треморите гърмят под зоните на разломи, силите толкова светски, колкото приливите и отливите могат да ги засилят. Тя продължава да изследва как дълбочината, налягането на течността и минералите, отложени на границата между тектонските плочи, променят свойствата на бавните земетресения.
Подобно на другите сеизмолози, геолози и геофизици, които гравитират към бавни земетресения откакто са открити, тръпката от това, което остава неизвестно, мотивира Хюстън - както и възможността разбирането на бавни земетресения един ден да ни даде представа за смъртоносни земетресения.
„Идвам времето на живота си да изучавам този процес“, казва тя.
