Et stort jordskælv i det amerikanske Pacific Northwest?

Hvad foregår der cirka 150 km under jorden overfladen? Billede via gode gratis fotos.

Af Miles Bodmer, University of Oregon og Doug Toomey, University of Oregon

Det nordvestlige Stillehav er kendt for mange ting s øl, sin musik, sine mytiske storfodede væsener. De fleste mennesker forbinder det ikke med jordskælv, men det burde de også. Det er hjemsted for Cascadia megathrustfejl, der løber 600 miles (966 km) fra det nordlige Californien op til Vancouver Island i Canada, der spænder over flere store storbyområder, herunder Seattle og Portland, Oregon.

Denne geologiske fejl har været relativt stille i den nylige hukommelse. Der har ikke været mange skjulte jordskælv langs Cascadia megathrust, bestemt intet, der ville konkurrere med en katastrofal begivenhed som jordskælvet Loma Prieta fra 1989 langs det aktive San Andreas i Californien. Det betyder dog ikke, at det forbliver stille. Videnskabsmænd ved, at det har potentiale for store jordskælv så store som styrke 9.

Geofysikere har vidst i over et årti, at ikke alle dele af Cascadia-megathrust-fejlen opfører sig den samme. De nordlige og sydlige sektioner er meget mere seismisk aktive end den centrale sektion med hyppige små jordskælv og jorddeformationer, som beboerne ofte ikke bemærker. Men hvorfor findes disse variationer, og hvad giver dem anledning?

Vores forskning forsøger at besvare disse spørgsmål ved at konstruere billeder af, hvad der sker dybt inde i Jorden, mere end 90 km (144 km) under fejlen. Vi har identificeret regioner, der stiger op under disse aktive sektioner, som vi mener fører til de observerbare forskelle langs Cascadia-fejlen.

Cascadia og rigtig stor en

Cascadia-subduktionszonen er et område, hvor to tektoniske plader kolliderer. Juan de Fuca, en lille oceanisk plade, køres under den nordamerikanske plade, øverst som den kontinentale USA sidder.

Juan de Fuca-pladen møder den nordamerikanske plade under Cascadia-fejlen. Billede via USGS.

Subduktionssystemer - hvor en tektonisk plade glider over en anden - er i stand til at producere verdens største kendte jordskælv. Et godt eksempel er Tohoku-jordskælvet i 2011, der rystede Japan.

Cascadia er seismisk meget stille sammenlignet med andre subduktionszoner - men det er ikke helt inaktivt. Undersøgelser viser, at fejlen brast i en 9, 0-begivenhed i 1700. Det er cirka 30 gange mere kraftfuldt end det største forudsagte jordskælv i San Andreas. Forskere antyder, at vi befinder os inden for det ca. 300- til 500-årige vindue, hvor en anden stor Cascadia-begivenhed kan forekomme.

Mange mindre beskadigede og uspændte begivenheder finder sted hvert år i det nordlige og sydlige Cascadia. I det centrale Cascadia, der ligger under det meste af Oregon, er der imidlertid meget lidt seismicitet. Hvorfor skulle den samme fejl opføre sig forskelligt i forskellige regioner?

I løbet af det sidste årti har forskere foretaget flere yderligere observationer, der fremhæver variationer langs fejlen.

Man har at gøre med pladesikring, der fortæller os, hvor der samles stress langs fejlen. Hvis de tektoniske plader er låst - det vil sige, at de virkelig sidder sammen og ikke er i stand til at bevæge sig forbi hinanden - bygger stress. Til sidst kan stress hurtigt frigøres som et jordskælv, med størrelsesordenen afhængig af hvor stor fejlen, der sprænger, er.

En GPS-geosensor i Washington. Billede via Bdelisle.

Geologer har for nylig været i stand til at indsætte hundreder af GPS-skærme over Cascadia for at registrere de subtile jorddeformationer, der er resultatet af pladenes manglende evne til at glide forbi hinanden. Ligesom historisk seismicitet, er låsning af plader mere almindelig i de nordlige og sydlige dele af Cascadia.

Geologer er nu også i stand til at se seismiske rumblinger, der er kendt som rystelse, vanskeligt at opdage. Disse begivenheder forekommer i tidsrummet fra flere minutter op til uger, hvilket tager meget længere tid end et typisk jordskælv. De forårsager ikke store jordbevægelser, selvom de kan frigive betydelige mængder energi. Forskere har kun opdaget disse signaler i de sidste 15 år, men permanente seismiske stationer har bidraget til at opbygge et robust katalog over begivenheder. Også tremor ser ud til at være mere koncentreret langs den nordlige og sydlige del af fejlen.

Hvad ville forårsage denne situation med området under Oregon relativt mindre aktivt af alle disse foranstaltninger? For at forklare var vi nødt til at se dybt, over 100 kilometer (60 miles) under overfladen, ind i jordens mantel.

Grønne prikker og blå trekanter viser placeringer af seismiske overvågningsstationer. Billede via Bodmer et al., 2018, Geophysical Research Letters.

Afbildning af Jorden ved hjælp af fjerne jordskælv

Læger bruger elektromagnetiske bølger for at ”se” interne strukturer som knogler uden at skulle åbne en menneskelig patient for at se dem direkte. Geologer forestiller jorden på meget samme måde. I stedet for røntgenstråler bruger vi seismisk energi, der stråler ud fra jordskælv med fjern styrke 6, 0 plus for at hjælpe os med at ”se” funktioner, som vi fysisk ikke bare kan komme til. Denne energi bevæger sig som lydbølger gennem jordens strukturer. Når sten er varmere eller delvis smeltet af endda en lille mængde, bremser seismiske bølger. Ved at måle ankomsttidspunktet for seismiske bølger skaber vi 3D-billeder, der viser, hvor hurtigt eller langsomt de seismiske bølger bevæger sig gennem bestemte dele af Jorden.

Seismometre på havbunden, der venter på at blive indsat under Cascadia-initiativet. Billede via Emilie Hooft.

For at se disse signaler har vi brug for poster fra seismiske overvågningsstationer. Flere sensorer giver bedre opløsning og et klarere billede - men at indsamle flere data kan være problematisk, når halvdelen af ​​det område, du er interesseret i, er under vand. For at imødegå denne udfordring var vi en del af et team af videnskabsfolk, der indsatte hundreder af seismometre på havbunden ved den vestlige USA i løbet af fire år, startende i 2011. Dette eksperiment, Cascadia-initiativet, var det første nogensinde til at dække en hel tektonisk plade med instrumenter i en afstand på ca. 50 km.

Hvad vi fandt, er to anomale regioner under fejlen, hvor seismiske bølger bevæger sig langsommere end forventet. Disse afvigelser er store, 150 km i diameter, og vises under den nordlige og sydlige del af fejlen. Husk, det er her, forskere allerede har observeret øget aktivitet: seismiciteten. Interessant nok er forstyrrelserne ikke til stede under den centrale del af fejlen, under Oregon, hvor vi ser et fald i aktiviteten.

Regioner, hvor seismiske bølger bevægede sig langsommere, er i gennemsnit rødere, mens de områder, hvor de bevægede sig hurtigere, er blåere. De langsommere anomale områder 150 km (150 km) under jorden s overflade svarede til hvor de kolliderende plader er mere låst og hvor tremor er mere almindelig. Billede via Bodmer et al., 2018, Geophysical Research Letters.

Så hvad er disse afvigelser nøjagtigt?

De tektoniske plader flyder på Jorden s rock rock s stenede kappe. Hvor mantelen langsomt stiger over millioner af år, dekomprimeres klippen. Da det er ved så høje temperaturer, næsten 1500 grader i 100 km (60 mi) dybde, kan det smelte nogensinde så lidt.

Disse fysiske ændringer får de anomale regioner til at være mere livlige smeltet varmt sten er mindre tæt end fast køligere sten. Det er denne opdrift, som vi mener påvirker, hvordan fejlen ovenfor opfører sig. Den varme, delvis smeltede region skubber opad mod det, der er ovenfor, svarende til hvordan en heliumballon muligvis stiger op mod et ark, der er dræbt over det. Vi mener, at dette øger kræfterne mellem de to plader, hvilket bevirker, at de er stærkere koblet og dermed mere fuldstændigt låst.

En generel forudsigelse af hvor, men ikke hvornår

Vores resultater giver ny indsigt i, hvordan denne subduktionszone, og muligvis andre, opfører sig over geologiske tidsrammer i millioner af år. Desværre kan vores resultater ikke forudsige, hvornår det næste store Cascadia-jordskælv vil ske. Dette vil kræve mere forskning og tæt aktiv overvågning af subduktionszonen, både onshore og offshore, ved hjælp af seismiske og GPS-lignende stationer til at opfange kortsigtede fænomener.

Vores arbejde antyder, at en større begivenhed mere sandsynligt vil starte i enten de nordlige eller sydlige sektioner af fejlen, hvor pladerne er mere fuldt låst, og giver en mulig grund til, hvorfor det kan være tilfældet.

Det forbliver vigtigt for offentligheden og beslutningstagere at holde sig informeret om den potentielle risiko, der er forbundet med samliv med en fejl i en subduktionszone, og at støtte programmer som jordskælv tidlig advarsel, der søger at udvide vores overvågningskapaciteter og mindske tab i tilfælde af et stort brud.

Miles Bodmer, Ph.D. Studerende i Jordvidenskab, University of Oregon og Doug Toomey, Professor i Earth Sciences, University of Oregon

Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.

Nederste linje: Dele af Pacific Northwest s Cascadia-skyld er mere seismisk aktive end andre. Billeddata viser, hvorfor.