Po potężnym trzęsieniu ziemi o sile 7,7 w skali Richtera u wybrzeży północno-wschodniej Japonii, które miało miejsce w tym tygodniu – co spowodowało ostrzeżenia przed tsunami i obawy przed większym „megaquakem” – nowe odkrycie naukowe może stanowić przełom w naszej wiedzy na temat szkód sejsmicznych.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Science zidentyfikowało specyficzną sygnaturę sejsmiczną, która pojawia się, gdy uskok trzęsienia ziemi uderza w podziemną barierę, która zasadniczo działa jak znak stop dla ruchu skorupy ziemskiej.
Mechanika pęknięcia
Aby zrozumieć to odkrycie, musimy najpierw zrozumieć, jak działa trzęsienie ziemi. Zaczyna się głęboko pod ziemią, kiedy siły tektoniczne powodują ogromne naprężenia wzdłuż linii uskoku – pęknięcia w skorupie ziemskiej. Kiedy naprężenie to pokonuje siłę tarcia spajającą skały, uskok przesuwa się. To „pęknięcie” szybko rozprzestrzenia się wzdłuż linii uskoku, uwalniając energię w postaci fal sejsmicznych.
Rozmiar trzęsienia ziemi zależy od tego, jak daleko sięga pęknięcie. Może zakończyć się na jeden z dwóch sposobów:
1. Utrata pędu: Pęknięcie stopniowo traci energię w miarę przemieszczania się do obszarów o niższym poziomie naprężenia.
2. Bariery fizyczne: Rozdarcie uderza w podziemną przeszkodę konstrukcyjną, powodując jej nagłe zatrzymanie.
Efekt „hamowania”.
Badacze Jesse Kearse (Victoria University of Wellington) i Yoshihiro Kaneko (Uniwersytet w Kioto) skupili się na drugim scenariuszu. Kiedy szybko poruszająca się nieciągłość uderza w barierę, następuje zjawisko zwane fazą pozostawania.
„Kiedy pęknięcie porusza się szybko i uderza w przeszkodę, która nagle je zatrzymuje, tworzy się fala uderzeniowa” – wyjaśnia Jesse Kearse.
Kearse porównuje to uczucie do nagłego hamowania samochodu: tak jak pasażer zostaje wrzucony na siedzenie, gdy samochód nagle się zatrzymuje, ziemia doznaje ostrego wtórnego wstrząsu w kierunku przeciwnym do pierwotnego ruchu.
Po przeanalizowaniu danych z 12 największych trzęsień ziemi na świecie zespołowi udało się zidentyfikować oznaki tej „fazy stagnacji” w pięciu z nich. Odkryli również, że obiekty przypowierzchniowe, takie jak warstwy bardziej miękkiej skały, mogą wzmacniać te fale uderzeniowe, potencjalnie zwiększając intensywność drżeń odczuwanych przez ludzi na powierzchni.
Dlaczego to ma znaczenie: punkty kontrolne po katastrofie
Zdolność do identyfikacji tych podziemnych barier ma kluczowe znaczenie, ponieważ służą one jako „punkty kontrolne” dla energii sejsmicznej.
- Jeśli bariera wytrzyma: trzęsienie ziemi zostanie powstrzymane, co spowoduje mniejsze wydarzenie.
- W przypadku pęknięcia: energia zostaje przekazana do następnego segmentu uszkodzenia, co może wywołać katastrofalne megawstrząsy.
Identyfikując te sygnatury w danych historycznych, naukowcy mogą rozpocząć mapowanie podziemnych barier i obliczyć, ile energii są w stanie pochłonąć. Pozwala to na bardziej zaawansowane podejście do analizy zagrożeń, pomagając ekspertom przewidzieć nie tylko miejsce wystąpienia trzęsienia ziemi, ale także to, czy wyrośnie ono w potwora, czy też zostanie zatrzymane przez wewnętrzną strukturę Ziemi.
Perspektywy
Chociaż odkrycia stanowią znaczący krok naprzód, badania ograniczają się obecnie do trzęsień ziemi typu poślizg (w czasie których skały poruszają się poziomo). Niedawnym wydarzeniem w Japonii było odwrotne trzęsienie ziemi (w wyniku którego skały poruszają się w górę i w dół), które niesie ze sobą znacznie większe ryzyko tsunami.
Kolejnym wyzwaniem dla sejsmologów jest ustalenie, czy ten „mechanizm zatrzymujący” ma zastosowanie również do zwarć odwrotnych. Jeśli tak, naukowcy będą mieli uniwersalne narzędzie do przewidywania niszczycielskiej siły najniebezpieczniejszych trzęsień ziemi na świecie.
Wniosek: identyfikując sejsmiczną „falę uderzeniową” wywołaną przez podziemne bariery, naukowcy opracowują nowy sposób określania granic trzęsień ziemi. Może to zasadniczo zmienić naszą zdolność przewidywania, czy wstrząs pozostanie wydarzeniem lokalnym, czy przekształci się w megawstrząs.
