Baza Carlini na Wyspie Króla Jerzego, w której znajduje się sejsmometr znajdujący się najbliżej strefy sejsmicznej i Cieśniny Bransfielda. Źródło: Milton Percy Placencia Linares
Na odległym obszarze połączenie metod geofizycznych identyfikuje jako przyczynę ruch magmy pod dnem morskim.
Nawet u wybrzeży Antarktydy można znaleźć wulkany. Sekwencja ponad 85 000 trzęsień ziemi w 2020 roku została zarejestrowana w długoletnim nieaktywnym wulkanie głębinowym Orca, trzęsieniu ziemi, które w tym regionie osiągnęło wcześniej nieobserwowane rozmiary. To, że takie zdarzenia można badać i opisywać niezwykle szczegółowo, nawet w tak odległych, a przez to słabo wyposażonych obszarach, zostało obecnie pokazane w międzynarodowym badaniu zespołowym opublikowanym w czasopiśmie. Komunikacja Ziemia i Środowisko.
W badaniu, prowadzonym przez Simona Siska z Niemieckiego Centrum Badawczego Nauk o Ziemi (GFZ) w Poczdamie, wzięli udział naukowcy z Niemiec, Włoch, Polski i Stanów Zjednoczonych. Byli w stanie połączyć techniki sejsmiczne, geodezyjne i teledetekcyjne, aby określić, w jaki sposób szybki transfer magmy z płaszcza Ziemi w pobliżu granicy skorupy i płaszcza prawie na powierzchnię spowodował trzęsienie ziemi roju.
Wulkan Orca między czubkiem Ameryki Południowej a Antarktydą
Trzęsienia ziemi rojowe występują głównie na obszarach aktywnych wulkanicznie. Dlatego podejrzewa się, że przyczyną jest ruch płynów w skorupie ziemskiej. Orca Marine to duży podmorski wulkan tarczowy, który wznosi się na około 900 metrów nad dnem morskim i ma średnicę podstawy około 11 kilometrów. Znajduje się w Cieśninie Bransfielda, kanale oceanicznym między Półwyspem Antarktycznym a Szetlandami Południowymi, na południowy zachód od południowego krańca Argentyny.
Ilustracja obszaru aktywnego sejsmicznie u wybrzeży Antarktydy. Źródło: Cesca i in. 2022; Nature Commun Earth Environ 3, 89 (2022); doi.org/10.1038/s43247-022-00418-5 (CC BY 4.0)
W przeszłości trzęsienia ziemi w tym regionie były umiarkowane. Jednak w sierpniu 2020 r. rozpoczął się tam intensywny rój sejsmiczny, który w ciągu pół roku spowodował ponad 85 000 trzęsień ziemi. Stanowi ona największe zakłócenie sejsmiczne, jakie kiedykolwiek tam zarejestrowano” — mówi Simone Cesca, naukowiec z sekcji 2.1 Fizyki sejsmicznej i wulkanicznej GFZ oraz główny autor opublikowanego badania. zanotowano ponad dziesięć centymetrów i niewielki wzrost o około jeden centymetr na sąsiedniej wyspie Króla Jerzego.
Wyzwania badawcze na odległym terenie
Siska studiowała te zdarzenia z kolegami z Narodowego Instytutu Oceanografii i Geofizyki Stosowanej – OGS i Uniwersytetu Bolońskiego (Włochy), Polskiej Akademii Nauk, Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze, Niemieckiego Centrum Lotniczego (DLR) i Uniwersytetu w Poczdamie. Wyzwaniem było to, że w odległym obszarze było niewiele konwencjonalnych sejsmografów, tj. tylko dwie stacje sejsmiczne i dwie stacje GNSS (stacje naziemne w JLopal nLot sSatelity system, który mierzy przemieszczenie Ziemi). Aby zrekonstruować chronologię zaburzeń i ich ewolucję oraz określić ich przyczynę, zespół przeanalizował w ten sposób dane z odległych stacji sejsmicznych oraz dane z satelitów InSAR, które wykorzystują interferometrię radarową do pomiaru przemieszczenia gruntu. Ważnym krokiem było zamodelowanie zdarzeń za pomocą szeregu metod geofizycznych w celu prawidłowej interpretacji danych.
Rekonstrukcja zdarzeń sejsmicznych
Naukowcy datowali początek zaburzeń na 10 sierpnia 2020 r. i rozszerzyli oryginalny globalny katalog trzęsień ziemi, zawierający zaledwie 128 trzęsień ziemi, do ponad 85 000 zdarzeń. Rój osiągnął swój szczyt wraz z dwoma dużymi trzęsieniami ziemi 2 października (Mw 5,9) i 6 listopada (MW 6,0) 2020, po czym ustąpił. Do lutego 2021 r. aktywność sejsmiczna znacznie spadła.
Naukowcy zidentyfikowali penetrację magmy i migrację większej ilości magmy jako główną przyczynę trzęsienia ziemi roju, ponieważ same procesy sejsmiczne nie mogą wyjaśnić silnej deformacji powierzchni obserwowanej na Wyspie Króla Jerzego. Obecność wolumetrycznej intruzji magmy można niezależnie potwierdzić na podstawie danych geodezyjnych.
Począwszy od ich powstania, trzęsienia ziemi migrowały najpierw w górę, a następnie w bok: trzęsienia ziemi w głębokich gromadach są interpretowane jako odpowiedź na pionową magmę rozprzestrzeniającą się ze zbiornika w górnym płaszczu lub na granicy skorupy i płaszcza, podczas gdy trzęsienia ziemi na powierzchni skorupy rozciągają się na północny wschód i biegną na szczycie rosnącej tamy magmy, bocznie, która osiąga długość około 20 kilometrów.
Trzęsienia ziemi zmniejszyły się gwałtownie w połowie listopada, po około trzech miesiącach ciągłej aktywności, zbiegając się z wystąpieniem największego z serii, o sile 6,0 MW. Koniec roju można wytłumaczyć spadkiem ciśnienia w tamie magmowej, towarzyszącym dużemu poślizgowi uskoku, i może wskazywać czas erupcji dna morskiego, którego jednak nie udało się potwierdzić innymi danymi.
Modelując dane GNSS i InSAR, naukowcy oszacowali, że objętość intruzji magmy Bransfielda wahała się między 0,26-0,56 km sześciennych. To sprawia, że ten epizod jest największym wybuchem skalistym, jaki kiedykolwiek zaobserwowano na Antarktydzie.
Wniosek
Simon Cesca podsumowuje: „Nasze badanie reprezentuje udane nowe badanie sejsmicznych zaburzeń wulkanicznych w odległym miejscu na Ziemi, gdzie połączone zastosowanie technik sejsmicznych, geodezji i teledetekcji jest wykorzystywane do zrozumienia procesów trzęsień ziemi i transportu magmy w słabo wyposażonych obszarach. Jest to jeden z nielicznych przypadków, w których możemy użyć instrumentów geofizycznych do monitorowania penetracji magmy od górnej granicy płaszcza lub skorupy skorupy do płytkiej skorupy – gwałtowne przejście magmy z płaszcza na powierzchnię zajmuje zaledwie kilka dni”.
Odniesienie: „Ogromny rój trzęsień ziemi napędzany przez wtargnięcie stopionego materiału w Cieśninie Bransfielda na Antarktydzie” Autor: Simon Cesca, Monica Sugan, Okasz Rodziński, Sanaz Fagidian, Peter Nimes, Simon Blanc, Jessa Petersen, Zigo Deng, Eleonora Rivalta, Alessandro Burke-Van Placencia Linares , Sebastian Hyman i Thorsten Dahme, 11 kwietnia 2022 r., Dostępne tutaj. Komunikacja Ziemia i Środowisko.
DOI: 10.1038 / s43247-022-00418-5