Trzęsienia ziemi i tsunami na dużą skalę w przeszłości dotykały zachodnich regionów Stanów Zjednoczonych i Kanady i wpływ ten prawdopodobnie będzie kontynuowany w przyszłości.
U południowych wybrzeży Kolumbii Brytyjskiej, Waszyngtonu, Oregonu i północnej Kalifornii znajduje się pas o długości 600 mil, w którym dno Oceanu Spokojnego stopniowo opada na wschód pod Ameryką Północną.
Na tym obszarze, zwanym Strefą Subdukcji Cascadia, znajduje się potężna szczelina, w której płyty tektoniczne poruszają się względem siebie w bardzo niebezpieczny sposób. Płyty mogą okresowo pękać i gromadzić naprężenia na dużych obszarach – tylko po to, by ostatecznie zwolnić, gdy w końcu oprzeją się o siebie.
Rezultat: największe trzęsienia ziemi na świecie, wstrząsające dnem morskim i lądem, generujące fale tsunami o wysokości co najmniej 30 metrów. Taka uskok u wybrzeży Japonii spowodowała katastrofę nuklearną w Fukushimie w 2011 r. Podobne obszary istnieją między innymi u wybrzeży Alaski, Chile i Nowej Zelandii. Uważa się, że w Cascadii duże trzęsienia ziemi zdarzają się co 500 lat, mniej więcej co 500 lat. Ostatnie trzęsienie ziemi miało miejsce w 1700 r.
Postępy badawcze w zrozumieniu aktywności sejsmicznej
Naukowcy od dawna pracowali nad zrozumieniem podziemnej infrastruktury i mechaniki Cascadii, aby określić, które miejsca są najbardziej podatne na trzęsienia ziemi, jak duże są te miejsca i jakie znaki ostrzegawcze mogą generować. Nie ma czegoś takiego jak przewidzenie trzęsienia ziemi; Naukowcy starają się raczej przewidzieć prawdopodobieństwo wielu scenariuszy, mając nadzieję, że pomogą władzom w opracowaniu przepisów budowlanych i systemów ostrzegawczych, aby zminimalizować szkody, gdy coś się stanie.
Niedawno opublikowane badanie obiecuje znaczne usprawnienie tych wysiłków. Statek badawczy holujący szereg najnowocześniejszych instrumentów geofizycznych wzdłuż niemal całego obszaru umożliwił przeprowadzenie pierwszych kompleksowych badań wielu złożonych struktur pod dnem morskim. Struktury te obejmują geometrię subdukcyjnej płyty oceanicznej i leżących nad nią osadów oraz skład płyty północnoamerykańskiej. Badanie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Postęp naukowy.
„Modele wykorzystywane obecnie przez agencje publiczne opierały się na ograniczonym zestawie starych danych niskiej jakości z lat 80. XX wieku” – powiedziała Susan Carbut, geofizyk morski na Uniwersytecie Harvarda. Uniwersytet KolumbiiDr John Lamont Doherty, dyrektor Harvard Earth Observatory, który kierował badaniami, powiedział: „Ogromna siła ciągu ma bardziej złożoną geometrię, niż wcześniej zakładano. Badanie zapewnia nowe ramy oceny zagrożenia trzęsieniem ziemi i tsunami”.
Dane, finansowane przez amerykańską National Science Foundation, zebrano podczas 41-dniowego rejsu w 2021 r. statkiem badawczym Lamonta, Marcus G. Langseth. Naukowcy na pokładzie statku penetrowali dno morskie za pomocą potężnych impulsów dźwiękowych i odczytywali echa, które następnie przekształcano w obrazy, podobnie jak lekarze tworzą wewnętrzne skany ludzkiego ciała.
Nowe spojrzenie na podział uskoków i ryzyko tsunami
Oto ich najważniejsze ustalenia: Strefa uskoków megathrustowych nie jest tylko jedną ciągłą strukturą, ale jest podzielona na co najmniej cztery części, z których każda jest nieco odizolowana od ruchów pozostałych. Naukowcy od dawna debatują, czy wydarzenia z przeszłości, w tym trzęsienie ziemi w 1700 r., spowodowały pęknięcie w całym regionie, czy tylko w jego części – to kluczowe pytanie, ponieważ im dłużej trwa pęknięcie, tym trzęsienie ziemi jest większe.
Dane pokazują, że części są podzielone zakopanymi elementami, w tym dużymi uskokami, których przeciwne strony przesuwają się względem siebie prostopadle do brzegu. Może to zapobiec przechodzeniu ruchu z jednej części do następnej. „Nie możemy powiedzieć, że to na pewno oznacza, że ulegną uszkodzeniu tylko pojedyncze części lub że całość ulegnie uszkodzeniu na raz” – powiedział Harold Tobin, geofizyk z Massachusetts Institute of Technology. Uniwersytet Waszyngtoński „Ale to wzmacnia dowody fragmentarycznych pęknięć”.
Zdjęcia wskazują również przyczyny tego podziału: solidna krawędź północnoamerykańskiej płyty kontynentalnej składa się z wielu różnych rodzajów skał, powstałych w różnym czasie na przestrzeni dziesiątek milionów lat, a niektóre są gęstsze niż inne. Ta różnorodność skał kontynentalnych powoduje, że napływająca, bardziej elastyczna płyta oceaniczna wygina się i skręca, aby dostosować się do różnic ciśnienia nad nią. W niektórych miejscach odcinki nachylone są pod stosunkowo dużymi kątami, a w innych pod niewielkimi kątami.
Naukowcy skupili się w szczególności na jednym odcinku, który biegnie od południowej wyspy Vancouver wzdłuż stanu Waszyngton i kończy się mniej więcej na granicy z Oregonem. Topografia podziemna innych części jest stosunkowo nierówna, z cechami oceanicznymi, takimi jak uskoki i podwodne góry ocierające się o górną płytę – elementy, które mogą powodować erozję górnej płyty i ograniczać zasięg, w jakim trzęsienie ziemi może rozprzestrzeniać się w obrębie danego odcinka, ograniczając w ten sposób wielkość trzęsienia ziemi. Natomiast odcinek z Vancouver do Waszyngtonu jest całkowicie gładki. Oznacza to, że może być bardziej prawdopodobne, że rozerwie się na całej długości na raz, co czyni go najbardziej niebezpiecznym odcinkiem.
Trwające badania i ich konsekwencje dla integralności regionalnej
Również w tej części dno morskie opada pod skorupę kontynentalną pod stosunkowo małym kątem w porównaniu z innymi częściami. W innych częściach większość podatnej na trzęsienia ziemi granicy między płytami leży na morzu, ale w tym przypadku badanie wykazało, że płytki kąt subdukcji oznacza, że prawdopodobnie rozciąga się bezpośrednio pod Półwyspem Olimpijskim w Waszyngtonie. Może to nasilić drgania podłoża. „Wymaga to wielu badań, ale w przypadku miejsc takich jak Tacoma i Seattle może to oznaczać różnicę między alarmowaniem a katastrofą” – powiedział Tobin.
Dzięki finansowaniu z US Geological Survey konsorcjum agencji stanowych i federalnych oraz instytucji akademickich analizuje dane od chwili ich udostępnienia, aby ustalić, jakie mogą być ich konsekwencje.
Jeśli chodzi o ryzyko tsunami, „nadal jest to kwestia w toku”, mówi Kellin Wang, naukowiec z Kanadyjskiej Służby Geologicznej, który nie był zaangażowany w badanie. Grupa Wanga wykorzystuje te dane do modelowania cech dna morskiego u wybrzeży wyspy Vancouver, które mogą generować tsunami. (Zasadniczo do tsunami dochodzi, gdy podczas trzęsienia ziemi dno głębokiego morza porusza się w górę lub w dół, wysyłając na powierzchnię falę, która koncentruje swoją energię i zyskuje wysokość, gdy dociera do płytkich wód przybrzeżnych.) Wang powiedział, że jego wyniki zostaną przekazane innej grupie zajmującej się modelowaniem samych fal tsunami, a następnie innej grupie analizującej zagrożenia na ziemi.
Naukowcy twierdzą, że oceny praktyczne, które mogą mieć wpływ na przepisy budowlane lub inne aspekty przygotowania, mogą zostać opublikowane już w przyszłym roku. „Jest tu o wiele więcej złożoności, niż wcześniej przypuszczano” – powiedział Carbot.
Odniesienie: „Struktura płyt subdukowanych i morfologia masywnego ciągu z głębokiego obrazowania sejsmicznego związanego z segmentacją pęknięć po trzęsieniu ziemi w Cascadia” autorstwa Susan M. Carbot, Brian Boston, Shushu Han, Brandon Schock, Jeffrey Bisson, J. Pablo Canales, Harold Tobin, Nathan Miller, Mladen Nedimovic, Anna Treho, Michelle Li, Madeleine Lucas, Hanshao Jian, Danqi Jiang, Liam Moser, Chris Anderson i Darren Good, Jaime Fernandez, Chuck Campbell, Antara Goswami i Rajendra Jalawat, 7 czerwca 2024 r., Postęp naukowy.
DOI: 10.1126/sciadv.adl3198
Badanie zostało sfinansowane przez amerykańską National Science Foundation.