Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν κρυμμένα «σπασίματα» που σταματούν τους τεράστιους σεισμούς

Τέτοια συνέπεια είναι εξαιρετικά σπάνια στην επιστήμη των σεισμών και οι ερευνητές προσπαθούν εδώ και καιρό να εξηγήσουν πώς το μοτίβο μπορεί να λειτουργήσει τόσο αξιόπιστα.

Τώρα, οι επιστήμονες λένε ότι εντόπισαν επιτέλους την αιτία. Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό επιστήμη αποκαλύπτει ότι οι ειδικές ζώνες μέσα στο ίδιο το ρήγμα λειτουργούν ως φυσικά συστήματα πέδησης που εμποδίζουν τους επαναλαμβανόμενους σεισμούς να γίνουν μεγαλύτεροι.

“Γνωρίζουμε ότι αυτά τα εμπόδια υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό, αλλά το ερώτημα ήταν πάντα, από τι είναι φτιαγμένα και γιατί σταματούν τους σεισμούς τόσο αξιόπιστα, κύκλο με κύκλο;” δήλωσε ο σεισμολόγος Jianhua Gong, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και επίκουρος καθηγητής Γης και Ατμόσφαιρας στο Κολέγιο Τεχνών και Επιστημών του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα, Bloomington.

Ο Γκονγκ συνεργάστηκε με ερευνητές στο Ωκεανογραφικό Ίδρυμα Woods Hole, στο Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Scripps στο UC San Diego, στο US Geological Survey, στο Boston College, στο University of Delaware, στο Western Washington University, στο University of New Hampshire και στο McGill University. Μαζί, επικεντρώθηκαν στο ρήγμα μετασχηματισμού Gopher, που βρίσκεται κατά μήκος του East Pacific Rise στη δυτική ακτή του Ισημερινού, σε μια προσπάθεια να λύσουν ένα μυστήριο δεκαετιών γύρω από αυτούς τους επαναλαμβανόμενους υποθαλάσσιους σεισμούς.

Το ρήγμα Gopher και οι επαναλαμβανόμενοι σεισμοί του

Το ρήγμα Gopher είναι ένα βαθύ υποβρύχιο κάταγμα όπου οι τεκτονικές πλάκες του Ειρηνικού και της Nazca γλιστρούν η μία πάνω στην άλλη με περίπου 140 χιλιοστά το χρόνο, πιο γρήγορα από τα νύχια. Τα ρήγματα μετασχηματισμού είναι περιοχές όπου οι τεκτονικές πλάκες κινούνται οριζόντια η μία δίπλα στην άλλη και το Gopher έχει γίνει ένα από τα καλύτερα μελετημένα παραδείγματα του πυθμένα του ωκεανού.

Αυτό που κάνει αυτό το ρήγμα ιδιαίτερα ασυνήθιστο είναι ότι οι μεγαλύτεροι σεισμοί του τείνουν να ξεκινούν και να σταματούν στο ίδιο περίπου σημείο. Σε περιοχές όπου συμβαίνουν μεγάλοι σεισμοί, υπάρχουν ήσυχα τμήματα ρηγμάτων που απορροφούν το στρες χωρίς να προκαλούν μεγάλες ρήξεις. Οι επιστήμονες αναφέρονται σε αυτά τα πεδία ως «φραγμούς», αλλά μέχρι τώρα ο ακριβής ρόλος τους ήταν ασαφής.

Για την έρευνα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια δύο μεγάλων ερευνών στον πυθμένα της θάλασσας, η μία που διεξήχθη το 2008 και η άλλη μεταξύ 2019 και 2022. Κατά τη διάρκεια αυτής της αποστολής, οι επιστήμονες ανέπτυξαν υποθαλάσσια σεισμόμετρα, όργανα σχεδιασμένα για την ανίχνευση σεισμών απευθείας στον πυθμένα του ωκεανού, κατά μήκος δύο τμημάτων του ρήγματος Gopher.

Τα όργανα κατέγραψαν χιλιάδες μικρούς σεισμούς που συνέβησαν πριν και μετά από δύο μεγάλα γεγονότα μεγέθους 6 Ρίχτερ. Αυτό έδωσε στους ερευνητές μια εξαιρετικά λεπτομερή ματιά στο πώς συμπεριφέρθηκε το σφάλμα, κατά τη διάρκεια και μετά τη μεγάλη ρήξη.

«Ζώνες φραγμού» κρυμμένες στη βαθιά θάλασσα

Η ομάδα ανακάλυψε ένα εντυπωσιακά παρόμοιο μοτίβο και στις δύο περιοχές φραγμού. Τις ημέρες και εβδομάδες πριν από έναν μεγάλο σεισμό, οι ζώνες φραγμού παρουσιάζουν εκρήξεις μικρής σεισμικής δραστηριότητας. Αμέσως μετά από έναν μεγαλύτερο σεισμό, οι ίδιες περιοχές είναι σχεδόν εντελώς ήσυχες.

Επειδή αυτή η συμπεριφορά εμφανίστηκε σε δύο ξεχωριστά τμήματα σφαλμάτων που μελετήθηκαν με διαφορά 12 ετών, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο ίδιος φυσικός μηχανισμός ήταν υπεύθυνος και στις δύο περιπτώσεις.

Σύμφωνα με τη μελέτη, τα εμπόδια δεν είναι παθητικά μέρη του βράχου. Αντίθετα, είναι εξαιρετικά πολύπλοκες περιοχές όπου το ρήγμα χωρίζεται σε πολλαπλούς κλώνους. Μικρές πλευρικές μετατοπίσεις μεταξύ αυτών των κλώνων, που κυμαίνονται από 100 έως 400 m, δημιουργούν εντοπισμένα ανοίγματα εντός της δομής του ρήγματος, όπως μικρά κενά μέσα σε μια ρωγμή.

Οι ερευνητές βρήκαν επίσης στοιχεία ότι το θαλασσινό νερό εισχωρεί βαθιά σε αυτές τις σπασμένες ζώνες. Μαζί, η ασυνήθιστη γεωμετρία και τα παγιδευμένα ρευστά δημιουργούν τις προϋποθέσεις για μια διαδικασία που ονομάζεται «ενίσχυση διάχυσης».

Πώς «σπάει» τη δουλειά ο φυσικός σεισμός

Κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου σεισμού, η ξαφνική κίνηση κατά μήκος του ρήγματος προκαλεί την ταχεία πτώση της πίεσης μέσα στον γεμάτο με υγρό βράχο. Καθώς συμβαίνει αυτό, το πορώδες πέτρωμα κλειδώνεται προσωρινά, επιβραδύνοντας ή σταματώντας τη ρωγμή προτού εξαπλωθεί και μεγαλώσει.

Στην πραγματικότητα, οι ζώνες φραγμού λειτουργούν σαν ενσωματωμένα φρένα μέσα σε σφάλματα.

«Αυτά τα εμπόδια δεν είναι απλώς παθητικά χαρακτηριστικά του τοπίου», εξήγησε ο Γκονγκ. «Είναι ενεργά, δυναμικά μέρη συστημάτων ρηγμάτων και η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας τους αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε τα όρια σεισμικότητας σε αυτά τα ρήγματα».

Το ρήγμα Gopher απέχει πολύ από τις πυκνοκατοικημένες ακτές, επομένως οι ίδιοι οι σεισμοί αποτελούν μικρή άμεση απειλή για τους ανθρώπους. Ωστόσο, τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν ευρύτερες επιπτώσεις για την επιστήμη των σεισμών παγκοσμίως.

Επιπτώσεις για την πρόβλεψη σεισμών

Τα ρήγματα μετασχηματισμού που μοιάζουν με γοφάρι εντοπίζονται σε όλους τους ωκεανούς της Γης. Οι επιστήμονες έχουν από καιρό παρατηρήσει ότι οι υποθαλάσσιοι σεισμοί κατά μήκος αυτών των ρηγμάτων είναι συχνά μικρότεροι από ό,τι θα επέτρεπαν διαφορετικά οι γεωλογικές συνθήκες, αν και ορισμένες φυσικές διεργασίες περιορίζουν το μέγιστο μέγεθός τους.

Νέα έρευνα δείχνει ότι οι ζώνες φραγμού που μοιάζουν με γοφάρια μπορεί να είναι κοινές στον πυθμένα του ωκεανού. Αν ναι, μπορεί να λειτουργήσουν ως ένα περίτεχνο σύστημα φυσικών σεισμικών φρένων που εμποδίζουν ορισμένα κατάγματα να εξελιχθούν σε μεγαλύτερα γεγονότα.

Οι ερευνητές λένε ότι η ανακάλυψη θα μπορούσε να βελτιώσει τα σεισμικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των κινδύνων σεισμών κατά μήκος υποβρύχιων ρηγμάτων σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων περιοχών κοντά σε μεγάλους παράκτιους πληθυσμούς.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ και το Συμβούλιο Έρευνας Φυσικών Επιστημών και Μηχανικής του Καναδά.