USA Vaikse ookeani loodeosas on suur maavärin?

Mis toimub umbes 90 miili (150 km) Maa pinnast allpool? Pilt heade tasuta fotode kaudu.

Autorid Miles Bodmer Oregoni ülikoolist ja Doug Toomey Oregoni ülikoolist

Vaikse ookeani loodeosa on tuntud paljude asjade poolest, näiteks õlu, muusika, müütilised suure jalaga olendid. Enamik inimesi ei seosta seda maavärinatega, kuid peaksid. See on koduks Cascadia metroostruktuurile, mis kulgeb 600 miili (966 km) Põhja-Californiast kuni Vancouveri saareni Kanadas, hõlmates mitmeid suuremaid suurlinnapiirkondi, sealhulgas Seattle ja Olandi Portland.

See geoloogiline viga on viimases mälus suhteliselt vaikne olnud. Cascadia megatrusti ääres pole olnud palju laialt levinud maavärinaid, kindlasti mitte midagi sellist, mis konkureeriks sellise katastroofilise sündmusega nagu 1989. aasta Loma Prieta maavärin Californias aktiivse San Andrease ääres. See ei tähenda, et see siiski vaikseks jääks. Teadlased teavad, et sellel on potentsiaalsed suured maavärinad - sama suur kui 9. magnituud.

Geofüüsikud on juba üle kümne aasta teadnud, et mitte kõik Cascadia megatrustika rikke osad ei käitu samamoodi. Põhja- ja lõunaosa on keskmisest lõigust palju seismiliselt aktiivsemad - sagedaste väikeste maavärinate ja maapinna deformatsioonidega, mida elanikud sageli ei märka. Kuid miks need variatsioonid eksisteerivad ja mis neid põhjustab?

Meie uurimus püüab neile küsimustele vastata, ehitades pilte sellest, mis toimub sügaval Maa sees, rohkem kui 90 miili (144 km) rikke all. Oleme tuvastanud piirkonnad, mis tõusevad nende aktiivsete lõikude all üles, mis meie arvates põhjustavad Cascadia süül ilmnevaid erinevusi.

Kaskaadia ja “Äärmiselt suur”

Cascadia subduktsioonitsoon on piirkond, kus põrkuvad kaks tektoonilist plaati. Põhja-Ameerika plaadi alla sõidetakse väikest ookeaniplaati Juan de Fuca, mille tipus asub USA mandriosa.

Juan de Fuca plaat kohtub Cascadia süül Põhja-Ameerika plaadiga. Pilt USGS-i kaudu.

Asendussüsteemid - kus üks tektooniline plaat libiseb teise kohal - on võimelised tekitama maailmas teadaolevaid maavärinaid. Hea näide on Jaapanit raputanud Tohoku 2011. aasta maavärin.

Kaskaadia on teiste subduktsioonitsoonidega võrreldes seismiliselt väga vaikne - kuid see pole täiesti passiivne. Uuringud näitavad, et rike purunes 1700. aastal suurusjärgus 9, 0. See on umbes 30 korda võimsam kui suurim ennustatud San Andrease maavärin. Teadlased väidavad, et oleme umbes 300–500-aastases aknas, mille jooksul võib aset leida veel üks suur Cascadia sündmus.

Kaskaadia põhja- ja lõunaosas toimub igal aastal palju väiksemaid kahjustusteta ja tundmatuid sündmusi. Suurema osa Oregoni taga asuvas Cascadia keskosas on aga seismilisust väga vähe. Miks peaks sama süü käituma erinevates piirkondades erinevalt?

Viimase kümnendi jooksul on teadlased teinud mitu täiendavat vaatlust, milles tuuakse esile rikke variatsioonid.

See on seotud plaadilukustusega, mis ütleb meile, kuhu stressi ajal rikke juurde koguneb. Kui tektoonilised plaadid on lukus - see tähendab, et need on tegelikult omavahel kokku kleepunud ega suuda teineteisest mööda liikuda -, tekib stress. Lõpuks võib see stress maavärinana kiiresti vabaneda, selle tugevus sõltub sellest, kui suur on vigastuspaik, mis rebeneb.

GPS-i geensensor Washingtonis. Pilt Bdelisle'i kaudu.

Geoloogid on hiljuti suutnud paigutada kogu Cascadiasse sadu GPS-kuvarid, et registreerida peent maapinna deformatsioonid, mis tulenevad plaatide suutmatusest üksteisest mööda libiseda. Nii nagu ajalooline seismilisus, on plaatide lukustamine tavalisem Cascadia põhja- ja lõunaosas.

Geoloogid saavad nüüd jälgida ka värisemisena tuntud raskesti tuvastatavaid seismilisi müristamisi. Need sündmused leiavad aset mitmest minutist kuni nädalani, kuludes palju kauem kui tüüpiline maavärin. Need ei põhjusta suuri maapealseid liikumisi, ehkki võivad vabastada märkimisväärses koguses energiat. Teadlased on need signaalid avastanud alles viimase 15 aasta jooksul, kuid püsivad seismilised jaamad on aidanud luua tugeva sündmuste kataloogi. Ka treemor näib olevat koondunud rikke põhja- ja lõunaosa.

Mis põhjustaks selle olukorra, kus kõigi nende meetmetega on Oregoni külje all asuv piirkond suhteliselt vähem aktiivne? Selgituseks pidime vaatama sügavale, üle 100 kilomeetri (60 miili) pinnast maakera vahevöösse.

Rohelised punktid ja sinised kolmnurgad näitavad seismiliste seirejaamade asukohti. Pilt Bodmeri jt kaudu, 2018, Geophysical Research Letters.

Maa kujutamine kaugete värinate abil

Arstid kasutavad elektromagnetilisi laineid, et "näha" sisemisi struktuure nagu luud, ilma et oleks vaja avada inimpatsienti, et neid otse vaadata. Geoloogid kujutavad Maad enam-vähem samal viisil. Röntgenikiirte asemel kasutame kaugest 6, 0-plussest maavärinast kiirgavat seismilist energiat, mis aitab meil näha omadusi, kuhu me füüsiliselt lihtsalt ei pääse. See energia liigub nagu maapealsed struktuurid läbi helilainete. Kui kivim on kuume või osaliselt isegi pisut sulanud, aeglustuvad seismilised lained. Mõõtes seismiliste lainete saabumisaegu, loome 3D-kujutised, mis näitavad, kui kiiresti või aeglaselt seismilised lained Maa konkreetsetes osades liiguvad.

Cascadia algatuse ajal kasutuselevõtmist ootavad ookeani põhja seismomeetrid. Pilt Emilie Hoofti kaudu.

Nende signaalide nägemiseks vajame seismiliste seirejaamade andmeid. Rohkem andureid pakuvad paremat eraldusvõimet ja selgemat pilti - kuid rohkemate andmete kogumine võib osutuda problemaatiliseks, kui pool teid huvitavast alast on veealune. Selle väljakutse lahendamiseks kuulusime teadlaste meeskonda, kes paigutas 2011. aastast alates USA lääneosa ookeani põhja sadu seismomeetreid nelja aasta jooksul, alates 2011. aastast. See Cascadia algatus oli esimene, mis kogu tektooniline plaat koos instrumentidega, mille vahekaugus on umbes 30 miili (50 km).

Leidsime, et rikke all on kaks anomaalset piirkonda, kus seismilised lained liiguvad oodatust aeglasemalt. Need kõrvalekalded on suured, läbimõõduga umbes 90 miili (150 km) ja need ilmnevad rikke põhja- ja lõunaosa all. Pidage meeles, et just seal on teadlased juba täheldanud suurenenud aktiivsust: seismilisust. Huvitav on see, et kõrvalekalded ei esine rikke keskosa all, Oregoni all, kus näeme aktiivsuse langust.

Piirkonnad, kus seismilised lained liikusid keskmiselt aeglasemalt, on punasemad, samas kui piirkonnad, kus nad kiiremini liikusid, on sinisemad. Maa pinna kohal 90 miili (150 km) aeglasemad anomaalsed alad vastasid sellele, kus kokkupõrkeplaadid on rohkem lukustatud ja kus värisemine on tavalisem. Pilt Bodmeri jt kaudu, 2018, Geophysical Research Letters.

Mis need anomaaliad siis täpselt on?

Tektoonilised plaadid hõljuvad Maa peal kivises vahevöökihis. Seal, kus vahevöö miljonite aastate jooksul aeglaselt tõuseb, laguneb kivim. Kuna see on nii kõrgel temperatuuril 100 km (60 miili) sügavusel ligi 1500 kraadi Celsiuse järgi, võib see kunagi nii kergelt sulada.

Need füüsikalised muutused põhjustavad anomaalsete piirkondade ujuvamat sulanud kuum kivim on vähem tihe kui tahke jahedam kivim. See on see ujuvus, mis meie arvates mõjutab ülaltoodud rikke käitumist. Kuum, osaliselt sulanud piirkond surub ülespoole ülaltoodud viisil, sarnaselt sellele, kuidas heeliumi õhupall võib tõusta vastu seda lohistatud lehte. Usume, et see suurendab kahe plaadi vahelisi jõude, põhjustades nende tugevamat ühendamist ja seega täielikku lukustumist.

Üldine ennustus kuhu, aga mitte millal

Meie tulemused pakuvad uusi teadmisi selle kohta, kuidas see subduktsioonitsoon ja võib-olla ka teised toimivad miljonite aastate geoloogiliste ajavahemike jooksul. Kahjuks võivad meie tulemused ennustada, millal toimub järgmine suur Cascadia megatrustne maavärin. See nõuab põhjalikumat uurimist ja subduktsioonitsooni tihedat aktiivset jälgimist nii maismaa- kui avamerel, kasutades seismilisi ja GPS-i laadseid jaamu lühiajaliste nähtuste jäädvustamiseks.

Meie töö viitab sellele, et suurem sündmus algab tõenäolisemalt tõrke põhja- või lõunaosas, kus plaadid on täielikult lukustatud, ning annab võimaliku põhjuse, miks see nii võib olla.

Üldsuse ja poliitikakujundajate jaoks on endiselt oluline olla kursis subduktsioonitsooni tõrgetega kooselustamise võimalike riskidega ning toetada selliseid programme nagu Maavärina varajane hoiatamine, mille eesmärk on laiendada meie seirevõimalusi ja leevendada kaotust suure rebenemise korral.

Miles Bodmer, Ph.D. Oregoni ülikooli maateaduste üliõpilane ja Oregoni ülikooli maateaduste professor Doug Toomey

See artikkel on avaldatud väljaandes The Conversation Creative Commonsi litsentsi all. Lugege algset artiklit.

Alumine rida: Vaikse ookeani loodeosa Cascadia rikke osad on seismiliselt aktiivsemad kui teised. Kujutise andmed viitavad miks.