Velké zemětřesení v severozápadním Pacifiku USA?

Co se děje asi 150 km pod zemským povrchem? Obrázek prostřednictvím dobrých fotografií zdarma.

Miles Bodmer, University of Oregon a Doug Toomey, University of Oregon

Tichý severozápad je známý mnoha věcmi - pivo, hudba, mýtická stvoření s velkýma nohama. Většina lidí to nepřidružuje k zemětřesením, ale měli by. Je domovem chyby megathrustů v Cascadii, která vede ze severní Kalifornie na Kancouverský ostrov v Kanadě na 600 kilometrů (966 km) a zahrnuje několik hlavních metropolitních oblastí včetně Seattlu a Portlandu v Oregonu.

Tato geologická chyba byla v poslední paměti relativně tichá. Na megadrustě Cascadia nebylo mnoho šokovaných otřesů, rozhodně nic, co by soupeřilo s katastrofální událostí, jako je zemětřesení Loma Prieta z roku 1989 podél aktivního San Andreas v Kalifornii. To však neznamená, že zůstane potichu. Vědci vědí, že má potenciál pro velká zemětřesení stejně velká jako velikost 9.

Geofyzici vědí více než deset let, že ne všechny části poruchy megadrustů Cascadia se chovají stejně. Severní a jižní sekce jsou mnohem seismičtěji aktivní než centrální sekce s častými drobnými zemětřeseními a deformacemi půdy, které si obyvatelé často nevšimnou. Proč však tyto variace existují a co je vede k jejich vzniku?

Náš výzkum se snaží odpovědět na tyto otázky vytvořením obrazů toho, co se děje hluboko na Zemi, více než 90 km (144 km) pod poruchou. Identifikovali jsme regiony, které stoupají pod těmito aktivními sekcemi, o kterých si myslíme, že vedou k viditelným rozdílům podél poruchy Cascadia.

Cascadia a „Opravdu velký“

Subdukční zóna Cascadia je oblast, kde se střetávají dvě tektonické desky. Juan de Fuca, malý oceánský talíř, je poháněn pod severoamerickým talířem, na jehož vrcholu sedí kontinentální USA.

Talíř Juan de Fuca splňuje severoamerický talíř pod poruchou Cascadia. Obrázek přes USGS.

Subduction systémy - kde jedna tektonická deska klouže přes druhou - jsou schopny produkovat největší známá zemětřesení na světě. Prvním příkladem je zemětřesení Tohoku v roce 2011, které otřáslo Japonskem.

Cascadia je seismicky velmi tichá ve srovnání s jinými subdukčními zónami - ale není úplně neaktivní. Výzkum naznačuje, že v roce 1700 došlo k porušení při velké 9.0 události. To je zhruba 30krát silnější než největší předpovídané zemětřesení San Andreas. Vědci naznačují, že jsme v zhruba 300 až 500letém okně, během kterého se může objevit další velká událost Cascadia.

Každý rok se v severní a jižní Cascadii odehrává mnoho menších nepoškozujících a nešťastných událostí. Avšak ve střední Cascadii, která je hlavní částí Oregonu, je jen velmi malá seismicita. Proč by se stejná chyba v různých regionech chovala odlišně?

V průběhu posledního desetiletí vědci provedli několik dalších pozorování, která upozorňují na odchylky podél poruchy.

Člověk má co do činění se zamykáním desek, což nám říká, kde se podél poruchy hromadí napětí. Pokud jsou tektonické desky uzamčeny - to znamená, že jsou skutečně slepeny dohromady a nemohou se pohybovat kolem sebe - vytváří se stres. Nakonec se tento stres může rychle uvolnit jako zemětřesení, s velikostí v závislosti na tom, jak velká je náprava chyby, která se rozbije.

GPS geosenzor ve Washingtonu. Obrázek přes Bdelisle.

Geologové nedávno dokázali rozmístit stovky GPS monitorů napříč Cascadií, aby zaznamenali jemné zemní deformace, které jsou důsledkem neschopnosti desek proklouznout kolem sebe. Stejně jako v případě historické seismicity je v severní a jižní části Cascadie častější uzamykání desek.

Geologové jsou nyní také schopni pozorovat obtížně detekovatelné seismické rumblings známé jako třes. K těmto událostem dochází v průběhu několika minut až týdnů, což trvá mnohem déle, než je typické zemětřesení. Nezpůsobují velké pozemní pohyby, i když mohou uvolnit značné množství energie. Vědci objevili tyto signály pouze za posledních 15 let, ale stálé seismické stanice pomohly vybudovat rozsáhlý katalog událostí. Tremor se také zdá být koncentrovanější podél severní a jižní části poruchy.

Co by způsobilo tuto situaci, kdyby byla oblast pod Oregonem relativně méně aktivní všemi těmito opatřeními? Abychom to vysvětlili, museli jsme se podívat hlouběji, přes 100 kilometrů (60 mil) pod povrch, do zemského pláště.

Zelené tečky a modré trojúhelníky ukazují umístění seismických monitorovacích stanic. Obrázek přes Bodmer a kol., 2018, Geophysical Research Letters.

Zobrazování Země pomocí vzdálených otřesů

Lékaři používají elektromagnetické vlny, aby „viděli“ vnitřní struktury jako kosti, aniž by museli otevřít lidského pacienta, aby si je mohli přímo prohlédnout. Geologové zobrazují Zemi téměř stejným způsobem. Namísto rentgenových paprsků používáme seismickou energii vyzařující ze vzdálených zemětřesení o velikosti 6, 0 plus, která nám pomáhají „vidět“ funkce, k nimž se fyzicky nemůžeme dostat. Tato energie putuje jako zvukové vlny strukturami Země. Když je horka horká nebo částečně roztavená i malým množstvím, seismické vlny zpomalí. Měřením časů příchodu seismických vln vytváříme trojrozměrné obrázky ukazující, jak rychle nebo pomalu seismické vlny cestují přes konkrétní části Země.

Seismometry na dně oceánu, které čekají na nasazení během iniciativy Cascadia. Obrázek přes Emilie Hooft.

K zobrazení těchto signálů potřebujeme záznamy od seismických monitorovacích stanic. Více senzorů poskytuje lepší rozlišení a jasnější obraz - ale shromažďování více dat může být problematické, když je polovina oblasti, kterou vás zajímá, pod vodou. Abychom tuto výzvu vyřešili, byli jsme součástí týmu vědců, kteří během čtyř let, počínaje rokem 2011, nasadili stovky seismometrů na dně oceánu mimo západní USA. Tento experiment, iniciativa Cascadia, byl prvním, který kdy pokrýval celá tektonická deska s nástroji ve vzdálenosti přibližně 50 km.

Zjistili jsme, že jsou dvě anomální oblasti pod poruchou, kde seismické vlny cestují pomaleji, než se očekávalo. Tyto anomálie jsou velké, asi 90 km (150 km) v průměru a objevují se pod severní a jižní částí poruchy. Pamatujte, že právě zde vědci pozorovali zvýšenou aktivitu: seismicitu. Je zajímavé, že anomálie nejsou přítomny pod centrální částí poruchy, pod Oregonem, kde vidíme pokles aktivity.

Regiony, kde se seismické vlny pohybovaly v průměru pomaleji, jsou červenější, zatímco oblasti, kde se pohybovaly rychleji, jsou modřejší. Pomalejší anomální oblasti 150 km pod povrchem Země odpovídaly místům, kde jsou kolizní desky více uzamčeny a kde je častější třes. Obrázek přes Bodmer a kol., 2018, Geophysical Research Letters.

Jaké přesně jsou tedy tyto anomálie?

Tektonické desky se vznášejí na vrstvě zemského skalního pláště. Tam, kde plášť po miliony let pomalu stoupá, se skála dekomprimuje. Protože je při takových vysokých teplotách, téměř 1500 stupňů Celsia (2700 F) v hloubce 100 km (60 mi), může se tak mírně roztavit.

Tyto fyzické změny způsobují, že anomální oblasti jsou vzpřímenější roztavená horká hornina je méně hustá než pevná chladnější hornina. Věříme, že právě tato vztlak ovlivňuje chování výše uvedené chyby. Horká, částečně roztavená oblast tlačí vzhůru nad tím, co je nahoře, podobné tomu, jak by mohl héliový balónek stoupat proti listu přehozenému přes něj. Věříme, že se tím zvýší síly mezi oběma deskami, což způsobí, že budou pevněji spojeny, a tím budou více zajištěny.

Obecná předpověď, kde, ale ne kdy

Naše výsledky přinášejí nové poznatky o tom, jak se tato subduction zóna, a možná i další, chová během geologických časových rámců milionů let. Naše výsledky bohužel nemohou předpovídat, kdy dojde k dalšímu velkému zemětřesení v Cascadia megathrust. To bude vyžadovat intenzivnější výzkum a intenzivní aktivní monitorování subdukční zóny, a to jak na moři, tak na moři, pomocí seismických stanic a GPS podobných stanic k zachycení krátkodobých jevů.

Naše práce naznačuje, že velká událost je pravděpodobnější, že začne buď v severní nebo jižní části poruchy, kde jsou desky plně uzamčeny, a dává možný důvod, proč tomu tak může být.

Je důležité, aby veřejnost a tvůrci politik byli neustále informováni o možném riziku spojeném s poruchou subdukční zóny a aby podporovali programy, jako je včasné varování před zemětřesením, které usilují o rozšíření našich monitorovacích schopností a zmírnění ztrát v případě velkého roztržení.

Miles Bodmer, Ph.D. Student v oboru věd o Zemi, University of Oregon a Doug Toomey, profesor věd o Zemi, University of Oregon

Tento článek je znovu publikován z konverzace na základě licence Creative Commons. Přečtěte si původní článek.

Sečteno a podtrženo: Části pacifické severozápadní kaskády jsou seismicky aktivnější než ostatní. Zobrazovací údaje naznačují proč.