11. mars 2011 rystet et jordskjelv med en styrke på 9, 0 Japan i nesten seks minutter og utløste en tsunami og en atomkatastrofe som samlet drepte nesten 20.000 mennesker. Men under overflaten hadde de tektoniske platene utenfor østkysten av Japan rolig begynt å skifte lenge før ristingen begynte. I februar 2011 begynte to roligere jordskjelv langsomt å krype langs den japanske grøften mot punktet der det massive, megathrust skjelvet ville bryte ut en måned senere.
Relatert innhold
- Geologien bak Italias katastrofale skjelv
- Seismiske avtak kan advare om forestående jordskjelv
Disse rare, stille skjelvene kalles sakte glidebegivenheter, eller langsomme jordskjelv - paraplybetegnelser for spekteret av dempet bevegelse og risting som skjer ved grensen mellom tektoniske plater. Sakte jordskjelv er fortsatt oppdaget de siste 20 årene, og er fortsatt et seismisk puslespill. De kan skifte tektoniske plater så mye eller mer enn et skjelv med en styrke. Men mens et vanlig jordskjelv plutselig slipper seismiske bølger som kan velte bygninger, varer et langsomt jordskjelv dager, måneder, noen ganger til og med år - og folk i nærheten føler aldri noe.
Disse umerkelige rumlingene antas å ha gått foran massive skjelv som raste gjennom Japan, Mexico og Chile - men vi vet ikke om trege jordskjelv utløste de massive skjelvene eller til og med hvordan de forholder seg til de raskere, farligere kollegene. Avkoding når, hvor og hvorfor trege jordskjelv streiker kan hjelpe oss å forstå de farligste feilsonene på planeten vår - og muligens til og med hjelpe oss med å forutsi ødeleggende skjelv og tsunamier før de tar sitt toll.
"Det er et sant mysterium, " sier Heidi Houston, geofysiker ved University of Washington i Seattle. "Vi studerte vanlige jordskjelv i flere tiår, og vi forstår noen ting om dem - og så følger denne prosessen sammen, og den er den samme i noen aspekter, og så veldig forskjellig i noen andre aspekter."
Installere sensorer for å overvåke subtile bevegelser av jorden. (Med tillatelse Herb Dragert) Før slutten av 1990-tallet trodde geovitenskapsmenn at de hadde et grep om hvordan puslespillet til tektoniske plater som dekker jordens overflate beveger seg og passet sammen. De antok at når den ene platen på jordskorpa glir forbi en annen, kryper platene enten jevnlig forbi hverandre eller blir sittende fast, og akkumulerer belastning til de eksplosivt glir løs i et jordskjelvskjelv som krusninger fra feilsonen.
Men med start rundt det nye årtusenet beskrev en mengde vitenskapelige publikasjoner en ny klasse av gjentagende og utbredte langsomme jordskjelv observert på motsatte kanter av Stillehavsranden.
Den første rapporten om en tydelig definert sakte glidebegivenhet kom fra Cascadia Subduction Zone, som er dannet av Juan de Fuca-platen som presser seg under Nord-Amerika-platen fra Nord-California til Vancouver Island. Der blir områdene rundt 20 mil under overflaten myknet av dypet og høye temperaturer og glir jevnt forbi hverandre. Men grunnere, sprø deler av de glidende tektoniske platene kan sitte fast sammen til den fastlåste regionen brister i et gigantisk megatrust. Cascadia har ikke sluppet løs et gigantisk skjelv siden 1700-tallet - men rumlinger i det seismiske samfunnet antyder at den neste store kommer.
I 1999 merket geofysiker Herb Dragert med Geological Survey of Canada at noen kontinuerlige GPS-overvåkningsstasjoner på Sør-Vancouver Island og OL-halvøya oppførte seg underlig. Syv av dem hoppet omtrent en tomme over flere uker i motsatt retning av platens normale bevegelse. Denne typen bakoverhopp er det du kan forvente å se i et jordskjelv - men det hadde ikke vært noen påviselig risting.
"Urten var veldig bekymret med det første - han trodde noe var galt med dataene, " sier Kelin Wang, forsker ved Geological Survey of Canada, som jobbet med Dragert og geovitenskapsmannen Thomas James for å avkode dette puslespillet. "Han prøvde alt for å bevise seg galt, og alt feilet."
Det er fordi det ikke var noe galt med dataene. Teamet skjønte snart at de så Nord-Amerika-platen og Juan de Fuca-platen gled forsiktig som lappene der de satt fast sammen. 18 til 24 mil under overflaten var disse fastlåste lappene over det høye temperaturområdet med høyt trykk der platene glir jevnt, men under de låste, jordskjelvgenererende delene av subduksjonssonen. Og det viser seg at den klebrige, mellomliggende sonen glir etter en plan, omtrent hver 14. måned.
Omtrent på samme tid, over Stillehavet, la en seismolog med National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention merke til lavfrekvente vibrasjoner som periodisk spredte seg fra seismometer til seismometer over Nankai Trough subduction zone i Sørvest Japan. Kazushige Obara, som nå er ved University of Tokyos jordskjelvforskningsinstitutt, observerer at disse rumlingene startet 21 mil under overflaten og kunne fortsette i flere dager, og lignet den skjelving som følger med vulkanutbrudd - men dette var ikke et vulkansk område.
Da Obara og Dragert møttes på en konferanse, skjønte de at de langsomme sklihendelsene Dragert oppdaget av GPS og den ikke-vulkanske skjelven Obara plukket opp på seismometre, begge kan være tegn på samme type umerkelig platebevegelse i subduksjonssoner.
"Jeg ble rammet av den samme varighetstiden, identiske tilpasninger med streiken fra deres respektive subduksjonssoner, lignende dybder av forekomsten, " sier Dragert i en e-post.
Så da Dragert kom tilbake til Canada, jaget kollegaen Garry Rogers, en nå pensjonert seismolog som jobbet med Dragert ved Geological Survey of Canada, gjennom bokser med gamle seismogrammer for å prøve å identifisere skjelvingens fortellebølgeform. De fant det hver gang GPS-enhetene registrerte en sakte glidebegivenhet.
"Hårene stod på baksiden av nakken min, " sier Rogers. "Det var en veldig spennende dag."
Like etter matchet Obara en glippe til skjelven han så i Japan. Nå, vi vet at det er forskjellige typer langsomme jordskjelv som kan skje med eller uten skjelving, på forskjellige dybder og i forskjellige varigheter. De har rolig sklidd gjennom subduksjonssoner utenfor kysten av Alaska, Costa Rica, Mexico, New Zealand og til og med gjennom det vertikale plategrensesnittet til San Andreas Fault, alt uten påvisning (med mindre du er en satellitt eller et seismometer).
"Vi hadde ingen anelse om at det var dette rike spekteret og familien av feilglidhendelser, " sier Laura Wallace, geofysiker ved University of Texas i Austin som studerer langsomme jordskjelv utenfor kysten av New Zealand. “Det har virkelig forvandlet vår forståelse av hvordan feil oppfører seg ved plategrensene og hvordan platebevegelse blir imøtekommet. Det er en ganske stor avtale. ”
New Zealand og havbunnen. Hikurangi-grøften ligger like sør for den mørkeblå grøften (Kermadec-grøften) i midten av dette bildet. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Men å undersøke dette rike spekteret av hendelser med treg glipp er en utfordring - delvis fordi de er så subtile, og delvis fordi de stort sett er utilgjengelige.
"Det er bare forbannet vanskelig å se på noe som er så dypt i jorden, " sier Rogers. Spesielt hvis det også er noe dypt under havet, som de langsomme sklihendelsene som forskyver Hikurangi-grøften utenfor østkysten av New Zealands nordøy opp til flere centimeter hvert par år.
Så i 2014 ble Wallace kreativ. Hun ledet utplasseringen av et nettverk av undervannstrykkmålere for å oppdage enhver vertikal bevegelse av havbunnen som kan signalisere en langsom glidebegivenhet. Hun tidsbestemte det helt riktig: Trykkmålerne oppdaget havbunnen under dem som hevet seg opp og ned, noe Wallace og teamet hennes beregnet å bety at platene hadde sklidd rundt 4 til 8 tommer i løpet av noen uker. I motsetning til de langsomme glidene som oppstår dypt under overflaten i Cascadia og Japan, oppsto disse glippene så små som 2, 5 til 4 mil under havbunnen - noe som betyr at langsomme jordskjelv kan skje i dybder og under forhold som er langt annerledes enn de de opprinnelig var oppdaget i.
Dessuten var delen av grøften som Wallaks trykkmåler fanget glidende den samme delen som genererte to rygg-mot-rygg tsunamier i 1947 som smuldret en hytte, dumpet to menn på en innlandsvei og på en måte drepte ingen.
"Hvis vi kan forstå det forholdet mellom hendelser med treg glippe og de skadelige jordskjelvene i subduksjonssoner, kan vi til slutt kunne bruke disse tingene på en prognosemessig måte, " sier hun.
Men først må vi bli flinkere til å oppdage og overvåke dem, og det er akkurat det Demian Saffer ved Pennsylvania State University prøver å gjøre. I løpet av de siste seks årene har han jobbet med forskere i Japan og Tyskland for å sette opp to borehullsobservatorier - i utgangspunktet samlinger av instrumenter forseglet i borehull dypt under havbunnen nær Nankai-grøften i Sørvest-Japan - stedet der Obara først oppdaget skjelving .
Fra disse borehullsobservatoriene så vel som fra data samlet inn av et havbunnsnettverk av sensorer, har teamet hans samlet inn foreløpige bevis for langsomme utglidninger som faller sammen med svermer av små, lavfrekvente jordskjelv. Saffer mistenker at disse sakte, langsomme glidene kan frigjøre opphentet stress ved plategrensen som ellers ville ødelegge i et katastrofalt skjelv.
Han sammenligner dette fenomenet med en glidende clutch som bygger opp litt stress, men mislykkes så med noen måneder til år. "Det vi ser er veldig foreløpig, men vi ser indikasjoner på ganske vanlige sakte hendelser som ser ut til å lindre stress på plategrensen, som er litt kul, " sier han. Disse resultatene vil han presentere på American Geophysical Union-møtet i høst.
Forskere henter en pakke med undersjøiske sensorer som hadde overvåket langsom glid utenfor kysten av New Zealand. (Høflighet Erin Todd ved University of California-Santa Cruz) Wallace, Saffer og et stort internasjonalt team av forskere planlegger for tiden en ekspedisjon for 2018 for å bore inn i Hikurangi-grøften for å sette opp lignende observatorier. Og mens de borer snurr i den oseaniske skorpen, planlegger de å samle prøver av bergartene som utgjør tektoniske plater for å forstå hva det er om mineralene og væskene i subduksjonssonen som gjør at langsom glidning kan oppstå.
"Det er mange teorier om hva slags fysiske forhold som kan føre til denne treg glideatferden, " forklarer Wallace. Hun sier at en av de mest populære er at overflødig væske i feilsonen svekker den og lar den skli lettere. "Men det forstår vi fortsatt ikke egentlig, " legger hun til.
Tilbake der det hele begynte, ved Cascadia subduksjonssone, jobber University of Washingtons Heidi Houston også for å forstå de grunnleggende mekanismene som ligger til grunn for langsomme jordskjelv. "Hvilke prosesser holder dem sakte?" Sier Houston. "Det er det sentrale mysteriet for dem."
Houston oppdaget nylig at når skjelvinger rumler under feilsonene, så styrker så jordiske som tidevannet kan styrke dem. Hun fortsetter å undersøke hvordan dybden, væsketrykket og mineraler avsatt ved grensen mellom tektoniske plater endrer egenskapene til langsomme jordskjelv.
I likhet med de andre seismologene, geovitenskapsmenn og geofysikere som har gravitert mot langsomme jordskjelv siden de ble oppdaget, motiverer spenningen over det som fortsatt er ukjent Houston - og det samme gjør muligheten for å forstå langsomme jordskjelv en dag gi oss innsikt i dødelige skjelv.
"Jeg har tid på livet til å studere denne prosessen, " sier hun.
