Trzęsienie ziemi o magnitudzie 9.0 w Tohoku-Oki, które nawiedziło Japonię 11 marca 2011 r., zabijając ponad 15 000 ludzi i wywołując niszczycielskie tsunami, po którym naród wciąż pracuje nad odzyskaniem sił, przyniosło wiele niepokojących pytań. Na przykład, co sprawiło, że tak potężne trzęsienie ziemi było możliwe i czy może się powtórzyć w Japonii lub gdziekolwiek indziej?
Międzynarodowa grupa naukowców, którzy wiercili kilometry pod Pacyfikiem i w uskoku trzęsienia ziemi, ma teraz odpowiedzi na te pytania i przedstawia swoje odkrycia w trzech pracach opublikowanych dziś w Science.
Epicentrum trzęsienia z 2011 roku znajdowało się w niezwykłym miejscu, około 130 kilometrów na wschód od Sendai w Japonii, tuż przy północnym wybrzeżu tego kraju. W tym obszarze, w strefie subdukcji, płyta pacyficzna zagłębia się pod płytę euroazjatycką. Silne trzęsienia ziemi są tutaj możliwe, ale naukowcy nie sądzili, że jest tam wystarczająco dużo energii, aby wytworzyć trzęsienie ziemi o magnitudzie większej niż 7,5. Byli w błędzie i zainteresowali się dowiedzeniem się więcej na temat tego, co sprawiło, że uskok był w stanie wyprodukować tak duże trzęsienie ziemi.
Epicentrum trzęsienia ziemi Tohoku-Oki z 2011 roku znajdowało się u wschodnich wybrzeży północnej Japonii. Image via USGS
Nieco ponad rok po trzęsieniu ziemi, głębinowy statek wiertniczy Chikyu otrzymał zadanie wwiercenia się w uskok u wybrzeży Japonii i zainstalowania obserwatorium temperatury. Biorąc pod uwagę temperaturę uskoku po trzęsieniu ziemi, naukowcy mogą zmierzyć, ile energii zostało uwolnionej w trzęsieniu i obliczyć tarcie uskoku – jak łatwo skały ocierają się o siebie.
„Jednym ze sposobów spojrzenia na tarcie tych dużych bloków jest porównanie ich do nart biegowych na śniegu”, Robert Harris, współautor badania i geofizyk z Oregon State University, powiedział w oświadczeniu. „W stanie spoczynku narty przylegają do śniegu i potrzeba pewnej siły, aby je poślizgnąć. Kiedy już to zrobisz, ruch nart generuje ciepło i potrzeba znacznie mniej siły, aby kontynuować ruch…. To samo dzieje się podczas trzęsienia ziemi.”
Wykonanie pomiaru temperatury było trudne. Zespół Chikyu musiał przewiercić się 850 metrów w głąb dna morskiego, które z kolei znajdowało się 6900 metrów pod powierzchnią oceanu. Musieli radzić sobie ze złą pogodą, a sam uskok wciąż się przesuwał, narażając instrumenty na ryzyko.
Trudna praca opłaciła się jednak i ujawniła ciepło resztkowe z trzęsienia ziemi, na podstawie którego naukowcy mogli obliczyć tarcie uskoku, które było bardzo niskie. Wniosek: „Uskok Tohoku jest bardziej śliski niż ktokolwiek się spodziewał”, powiedziała Emily Brodsky, współautorka badania i geofizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, w innym oświadczeniu.
Śliska natura uskoku pomaga wyjaśnić niektóre cechy trzęsienia z 2011 roku. Uskok przesunął się o niespotykane dotąd 50 metrów, a pęknięcie, które rozpoczęło się głęboko pod ziemią, dotarło na powierzchnię, gdzie spowodowało nagłe zaburzenia w oceanie i wywołało tsunami.
Wiercenia i badania laboratoryjne ujawniły również inną cechę uskoku, która uczyniła go tak niebezpiecznym. Niskie tarcie można przypisać niewiarygodnie drobnym osadom ilastym w obrębie uskoku. „To najbardziej śliska glina, jaką można sobie wyobrazić” – powiedział w oświadczeniu Christie Rowe, współautor badania i geolog z Uniwersytetu McGill. „Jeśli pocierasz go między palcami, to czuje się jak smar”. Nawiasem mówiąc, obszar między płytami pacyficzną i euroazjatycką, który doświadcza poślizgu, jest również bardzo cienki, mniej niż pięć metrów w poprzek, co uczyniłoby go najcieńszą znaną strefą uskoków na naszej planecie.
Pomiar sygnału termicznego trzęsienia ziemi był pierwszym dla nauki. To „było wielkie osiągnięcie”, powiedział Harris, „ale wciąż jest wiele rzeczy, których jeszcze nie wiemy”. Na przykład, naukowcy nie wiedzą jeszcze, jak bardzo te wyniki można uogólnić na inne strefy subdukcji na całym świecie lub jaki wpływ ma cienkość stref uskoków na zagrożenia związane z trzęsieniami ziemi. Niemniej jednak, wyniki wierceń „sugerują, że płytki megatrust w Rowie Japońskim ma szczególne cechy, których nie obserwuje się w wielu innych strefach subdukcji”, napisali Kelin Wang z Natural Resources Canada i Masataka Kinoshita z Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology – agencji, która zarządza Chikyu – w towarzyszącym artykule Perspectives.
Podobne warunki mogą być rzadkie, ale istnieją w niektórych miejscach północnego Pacyfiku, takich jak Półwysep Kamczatka w Rosji i Wyspy Aleuckie na Alasce, zauważa Rowe.Wiercenia głębinowe pokazują, że te regiony mają tę samą zwykle śliską glinę, która obniżyła tarcie w uskoku japońskim.
Ale fakt, że niezwykłe okoliczności uskoku japońskiego mogą być rzadkie, nie powinien uspokajać naukowców ani opinii publicznej, mówią Wang i Kinoshita. Taki ogromny, płytki poślizg nie jest konieczny do powstania niszczycielskiego tsunami i nie był tym, co spowodowało tsunami w Chile w 2010 roku, które zniszczyło 370 000 domów lub tsunami na Oceanie Indyjskim w 2004 roku, które zabiło prawie 230 000 ludzi. „Trudno powiedzieć, na ile te wyniki są uniwersalne, dopóki nie przyjrzymy się innym uskokom” – dodał Brodsky. „Ale to kładzie fundament dla lepszego zrozumienia trzęsień ziemi i, ostatecznie, lepszą zdolność do identyfikacji zagrożeń trzęsieniem ziemi.”
Trzęsienie ziemi o magnitudzie 9.0 Tohoku-Oki, które nawiedziło Japonię 11 marca 2011 r., zabijając ponad 15 000 osób i wywołując niszczycielskie tsunami, z którego naród wciąż pracuje, aby się otrząsnąć, przyniosło wiele niepokojących pytań. Na przykład, co sprawiło, że tak potężne trzęsienie ziemi było możliwe i czy może się powtórzyć w Japonii lub w innym miejscu? Międzynarodowa grupa naukowców, która dokonała odwiertów kilometry pod Pacyfikiem i w uskoku trzęsienia ziemi, ma teraz odpowiedzi na te pytania i przedstawia swoje odkrycia w trzech pracach opublikowanych dziś w Science. Epicentrum trzęsienia z 2011 roku znajdowało się w niezwykłym miejscu, około 130 kilometrów na wschód od Sendai w Japonii, tuż przy północnym wybrzeżu tego kraju. W tym rejonie, w strefie subdukcji, płyta pacyficzna zagłębia się pod płytę euroazjatycką. Silne trzęsienia ziemi są tu możliwe, ale naukowcy nie sądzili, że jest tam wystarczająco dużo energii, aby wytworzyć trzęsienie ziemi o magnitudzie większej niż 7,5. Byli w błędzie i od tej pory interesują się tym, co sprawiło, że uskok był w stanie wywołać tak duże trzęsienie ziemi. Epicentrum trzęsienia ziemi Tohoku-Oki z 2011 r. znajdowało się u wschodnich wybrzeży północnej Japonii. Image via USGS Nieco ponad rok po trzęsieniu ziemi, statek wiertniczy Chikyu otrzymał zadanie wwiercenia się w uskok u wybrzeży Japonii i zainstalowania obserwatorium temperatury. Mierząc temperaturę uskoku po trzęsieniu ziemi, naukowcy mogą zmierzyć, ile energii zostało uwolnione w trzęsieniu i obliczyć tarcie uskoku – jak łatwo skały ocierają się o siebie. „Jednym ze sposobów spojrzenia na tarcie tych wielkich bloków jest porównanie ich do nart biegowych na śniegu” – powiedział Robert Harris, współautor badania i geofizyk z Oregon State University. „W stanie spoczynku narty przylegają do śniegu i potrzeba pewnej siły, aby je poślizgnąć. Kiedy już to zrobisz, ruch nart generuje ciepło i potrzeba znacznie mniej siły, aby kontynuować ruch…. To samo dzieje się w przypadku trzęsienia ziemi”. Uzyskanie tego pomiaru temperatury było skomplikowane. Zespół Chikyu musiał przewiercić się 850 metrów w głąb dna morskiego, które z kolei znajdowało się 6900 metrów pod powierzchnią oceanu. Musieli radzić sobie ze złą pogodą, a sam uskok wciąż się przesuwał, narażając instrumenty na niebezpieczeństwo. Trudna praca jednak się opłaciła i ujawniła ciepło resztkowe z trzęsienia ziemi, na podstawie którego naukowcy mogli obliczyć tarcie uskoku, które było bardzo niskie. Wniosek końcowy: „Uskok Tohoku jest bardziej śliski, niż ktokolwiek się spodziewał” – powiedziała w innym oświadczeniu Emily Brodsky, współautorka badania i geofizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Śliska natura uskoku pomaga wyjaśnić niektóre cechy trzęsienia z 2011 roku. Uskok przesunął się o bezprecedensowe 50 metrów, a pęknięcie, które rozpoczęło się głęboko pod ziemią, dotarło do powierzchni, gdzie spowodowało nagłe zaburzenia w oceanie i wywołało tsunami. Wiercenia i badania laboratoryjne ujawniły również inną cechę uskoku, która uczyniła go tak niebezpiecznym. Niskie tarcie można przypisać niewiarygodnie drobnym osadom ilastym w obrębie uskoku. „Jest to najbardziej śliska glina, jaką można sobie wyobrazić” – powiedział w oświadczeniu Christie Rowe, współautor badania i geolog z Uniwersytetu McGill. „Jeśli pocierasz go między palcami, to czuje się jak smar”. Nawiasem mówiąc, obszar między płytami pacyficzną i euroazjatycką, który doświadcza poślizgu, jest również bardzo cienki, o szerokości mniejszej niż pięć metrów, co uczyniłoby go najcieńszą znaną strefą uskoków na naszej planecie. Pomiar sygnału termicznego trzęsienia ziemi był pierwszym tego typu osiągnięciem naukowym. Było to duże osiągnięcie,” powiedział Harris, „ale nadal jest wiele rzeczy, których jeszcze nie wiemy”. Na przykład, naukowcy nie wiedzą jeszcze, jak bardzo te wyniki można uogólnić na inne strefy subdukcji na całym świecie lub jaki wpływ ma cienkość stref uskoków na ryzyko trzęsienia ziemi. Niemniej jednak, wyniki wierceń „sugerują, że płytki megatrust w Rowie Japońskim ma szczególne cechy, których nie obserwuje się w wielu innych strefach subdukcji” – piszą Kelin Wang z Natural Resources Canada i Masataka Kinoshita z Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology – agencji, która zarządza Chikyu – w artykule towarzyszącym Perspectives. Podobne warunki mogą być rzadkie, ale istnieją w niektórych miejscach na północnym Pacyfiku, takich jak Półwysep Kamczatka w Rosji i Wyspy Aleuckie na Alasce, zauważa Rowe.Wiercenia głębinowe pokazują, że te regiony mają tę samą zwykle śliską glinę, która obniżyła tarcie w uskoku japońskim. Jednak fakt, że niezwykłe okoliczności uskoku japońskiego mogą być rzadkie, nie powinien uspokajać naukowców ani opinii publicznej, twierdzą Wang i Kinoshita. Takie ogromne, płytkie obsunięcie nie jest konieczne do powstania niszczycielskiego tsunami i nie było tym, co spowodowało tsunami w Chile w 2010 roku, które zniszczyło 370 000 domów lub tsunami na Oceanie Indyjskim w 2004 roku, które zabiło prawie 230 000 ludzi. „Trudno powiedzieć, na ile te wyniki są uniwersalne, dopóki nie przyjrzymy się innym uskokom” – dodał Brodsky. „Ale to kładzie podwaliny pod lepsze zrozumienie trzęsień ziemi i, ostatecznie, lepszą zdolność do identyfikacji zagrożeń związanych z trzęsieniami ziemi.”
.