Голямо земетресение в американския Тихоокеански северозапад?

Какво се случва на около 90 мили под повърхността на Земята? Изображение чрез добри безплатни снимки.

От Майлс Бодмер, Университет в Орегон и Дъг Тоуми, Университет в Орегон

Тихоокеанският северозапад е известен с много неща своята бира, музиката си, митичните си едри крака същества. Повечето хора не го свързват със земетресения, но би трябвало. Той е дом на разлома на мекаструстата Каскадия, който се движи на 600 мили (966 км) от Северна Калифорния до остров Ванкувър в Канада, обхващащ няколко основни столични области, включително Сиатъл и Портланд, Орегон.

Този геоложки разлом е сравнително тих в последната памет. По време на мекаструма на Каскадия не са били много широко усещани земетресения, със сигурност нищо, което би съперничило на катастрофално събитие като земетресението в Лома Приета през 1989 г. по протежение на активния Сан Андреас в Калифорния. Това обаче не означава, че ще остане спокойно. Учените знаят, че той има потенциал за големи земетресения голям колкото магнитуд 9.

Геофизиците вече от десетилетие знаят, че не всички части от разлома на мекаструстата на Каскадия се държат еднакво. Северният и южният участък са много по-сеизмично активен от централния участък с чести малки земетресения и деформации на земята, които жителите често не забелязват. Но защо съществуват тези вариации и какво ги поражда?

Нашите изследвания се опитват да отговорят на тези въпроси, като конструират изображения на това, което се случва дълбоко в Земята, на повече от 90 мили (144 км) под разлома. We ve идентифицира региони, които се издигат под тези активни участъци, които според нас водят до забележими различия по разлома на Каскадия.

Каскадия и Наистина голям човек

Зоната на субдукция Каскадия е регион, в който се сблъскват две тектонски плочи. Хуан де Фука, малка океанска плоча, се движи под плочата на Северна Америка, на върха на която се намира континенталният щат.

Плочата Хуан де Фука отговаря на северноамериканската плоча под разлома на Каскадия. Изображение чрез USGS.

Субдукционните системи - където една тектонска плоча се плъзга върху друга - са в състояние да предизвикат най-големите световни земетресения. Превъзходен пример е земетресението в Тохоку през 2011 г., което разтърси Япония.

Каскадия е сеизмично много тиха в сравнение с други зони на субдукция - но не е напълно неактивна. Изследванията показват, че разломът е разрушен при събитие с магнитуд 9, 0 през 1700 г. Това е приблизително 30 пъти по-мощно от най-голямото прогнозирано земетресение в Сан Андреас. Изследователите предполагат, че сме в рамките на приблизително 300- 500-годишен прозорец, по време на който може да се случи друго голямо събитие в Каскадия.

Всяка година в Северна и Южна Каскадия се провеждат много по-малки и нечувствителни събития. Въпреки това в централната Каскадия, която стои в основата на по-голямата част от Орегон, има много малка сеизмичност. Защо една и съща вина би се държала различно в различните региони?

През последното десетилетие учените са направили няколко допълнителни наблюдения, които подчертават вариациите по време на разлома.

Човек има общо с блокирането на плочи, което ни казва къде се натрупва стрес по разлома. Ако тектонските плочи са заключени - тоест наистина са се залепили и не са в състояние да се движат един срещу друг - стресът се натрупва. В крайна сметка този стрес може да се освободи бързо като земетресение, като магнитудът зависи от това колко голям е грешката, която се разрушава.

GPS геосензор във Вашингтон. Изображение чрез Bdelisle.

Наскоро геолозите успяха да разгърнат стотици GPS монитори в Каскадия, за да записват фините деформации на земята, които са резултат от неспособността на плочите да се плъзгат покрай една друга. Точно като историческата сеизмичност, заключването на плочи е по-често в северната и южната част на Каскадия.

Геолозите също сега са в състояние да наблюдават трудно откриваеми сеизмични бучене, известни като тремор. Тези събития се случват с продължителност от няколко минути до седмици, като отнемат много повече време от обикновено земетресение. Те не предизвикват големи движения на земята, въпреки че могат да отделят значителни количества енергия. Изследователите са открили тези сигнали само през последните 15 години, но постоянните сеизмични станции са помогнали за изграждането на стабилен каталог на събитията. Тремор също изглежда по-концентриран по протежение на северната и южната част на разлома.

Какво би причинило тази ситуация, тъй като районът под Орегон е сравнително по-малко активен от всички тези мерки? За да обясним, трябваше да погледнем дълбоко, над 100 километра под повърхността, в мантията на Земята.

Зелените точки и сините триъгълници показват местата на станциите за сеизмичен мониторинг. Изображение чрез Bodmer et al., 2018, Geophysical Research Letters.

Представяне на Земята с помощта на далечни трусове

Лекарите използват електромагнитни вълни, за да „видят“ вътрешни структури като кости, без да се налага да отварят пациент, който да ги гледа директно. Геолозите изобразяват Земята по почти същия начин. Вместо рентгенови лъчи, ние използваме сеизмична енергия, излъчваща се от далечни земетресения с магнитуд 6, 0 плюс, за да ни помогне да „видим“ функции, до които физически просто не можем да стигнем. Тази енергия пътува като звукови вълни през структурите на Земята. Когато скалата е по-гореща или частично стопена дори от малко количество, сеизмичните вълни се забавят. Чрез измерване на времената на пристигане на сеизмичните вълни ние създаваме 3-D изображения, показващи колко бързо или бавно сеизмичните вълни преминават през определени части на Земята.

Сеизмометрите на океанското дъно, които чакат да бъдат разположени по време на Инициативата за Каскадия. Изображение чрез Емили Хуфт.

За да видим тези сигнали, се нуждаем от записи от станции за сеизмичен мониторинг. Повече сензори осигуряват по-добра разделителна способност и по-ясно изображение - но събирането на повече данни може да бъде проблематично, когато половината от площта, която ви интересува, е под вода. За да се справим с това предизвикателство, бяхме част от екип учени, които разположиха стотици сеизмометри на океанското дъно край западните САЩ за период от четири години, започвайки от 2011 г. Този експеримент, Инициативата за Каскадия, беше първият, обхванал някога цяла тектонска плоча с инструменти на разстояние от около 30 мили (50 км).

Това, което открихме, са два аномални области под разлома, където сеизмичните вълни пътуват по-бавно от очакваното. Тези аномалии са големи, с диаметър около 90 мили (150 км) и се появяват под северната и южната част на разлома. Не забравяйте, че там изследователите вече са наблюдавали повишена активност: сеизмичността. Интересно е, че аномалиите не се намират под централната част на разлома, под Орегон, където наблюдаваме намаляване на активността.

Регионите, в които сеизмичните вълни се движат по-бавно, средно са по-червени, докато областите, в които се движат по-бързо, са по-сини. По-бавните аномални области на 90 мили (150 км) под повърхността на Земята съответстват на мястото, където сблъскащите се плочи са по-заключени и къде тремор е по-често. Изображение чрез Bodmer et al., 2018, Geophysical Research Letters.

И така, какви точно са тези аномалии?

Тектонските плочи плуват върху скалния мантиен слой на Земята. Там, където мантията бавно се издига през милиони години, скалата се разпада. Тъй като е при толкова високи температури, близо 1500 градуса по Целзий (2700 F) на дълбочина 100 km (60 мили), той може да се стопи толкова леко.

Тези физически промени причиняват аномалните региони да са по-буйна стопената гореща скала е по-малко плътна от твърдата по-хладна скала. Това е плавността, за която вярваме, че влияе върху това как се държи горната грешка. Горещата, частично разтопена област се изтласква нагоре върху това, което е горе, подобно на това как хелиев балон може да се издигне срещу лист, натъпкан върху него. Вярваме, че това увеличава силите между двете плочи, което води до по-силно свързване и по този начин по-пълно заключване.

Обща прогноза за това къде, но не и кога

Нашите резултати дават нова представа за това как тази субдукционна зона и евентуално други се държи в геоложки времеви рамки от милиони години. За съжаление нашите резултати могат да предскажат кога ще се случи следващото голямо земетресение в Каскадия. Това ще изисква повече изследвания и плътен активен мониторинг на зоната на субдукция, както на сушата, така и в морето, като се използват сеизмични и GPS-подобни станции за улавяне на краткосрочни явления.

Работата ни предполага, че е по-вероятно да се започне голямо събитие или в северния, или в южния участък на разлома, където плочите са по-напълно заключени, и дава възможна причина защо това може да е така.

За обществеността и политиците остава важно да бъдат информирани за потенциалния риск, свързан с съвместното съжителство с повреда на зоната на субдукция, и да подкрепят програми като Ранно предупреждение за земетресение, които се стремят да разширят възможностите си за мониторинг и да смекчат загубите в случай на голям разрив.

Майлс Бодмер, доктор на науките Студент по науки за Земята, Университета в Орегон и Дъг Тоуми, професор по земни науки, Университет в Орегон

Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons. Прочетете оригиналната статия.

Долна линия: Части от тихоокеанския северозапад с разлома на Каскадия са по-сеизмично активни от други. Данните за изображения предполагат защо.