Ο σεισμός στην Ιαπωνία της Πρωτοχρονιάς ήταν ασυνήθιστος - γιατί;

Ένας σεισμός μεγέθους 7,5 βαθμών στις δυτικές ακτές του Χονσού της Ιαπωνίας προκάλεσε ακραίο σεισμό και κατέρριψε ένα πενταόροφο κτίριο την ημέρα της Πρωτοχρονιάς. Η δόνηση ήταν πολύ πιο έντονη από ό,τι πιστευόταν πιθανό για έναν σεισμό αυτού του μεγέθους και βάθους.

Την πρώτη ημέρα του 2024, ισχυρότατος σεισμός  έπληξε τη δυτική ακτή του Χονσού, του κύριου νησιού της Ιαπωνίας. Το σοκ την ημέρα της Πρωτοχρονιάς προκάλεσε ισχυρό τρέμουλο σε ολόκληρη τη χερσόνησο του Νότο και στοίχισε τη ζωή σε 84 ανθρώπους μέχρι αυτή την στιγμή. Ένα τσουνάμι τουλάχιστον 1,2 μέτρων πλημμύρισε τμήματα της χερσονήσου Νότο, προκαλώντας εκτεταμένες ζημιές. 

Οι Japan Times ανέφεραν κατολισθήσεις, ρευστοποίηση και αρκετές εκατοντάδες κατεστραμμένα κτίρια, συμπεριλαμβανομένης της κατάρρευσης ενός πενταόροφου κτιρίου.

Αυτός ο σεισμός είναι ασυνήθιστος για δύο βασικούς λόγους. 

Πρώτον, προηγήθηκε ένα εξαιρετικά ενεργό τριετές σεισμικό σμήνος συνοδευόμενο από συνεχή ανύψωση του εδάφους στην περιοχή  του επικέντρου(Amezawa et al., 2023). Μερικοί ερευνητές υποπτεύονται ότι το σμήνος προκύπτει από την ανοδική μετανάστευση των ρευστών φλοιού μέσω των υπαρχόντων δικτύων ρηγμάτων (Yoshida et al., 2023). Δεύτερον, η δόνηση που προκλήθηκε από τον σεισμό ήταν πολύ μεγαλύτερη από την αναμενόμενη για έναν σεισμό του μεγέθους και του βάθους του. Το γιατί ταρακουνήθηκε τόσο δυνατά δεν είναι σαφές, αλλά μπορεί να οφείλεται στη συγκεντρωμένη ενέργεια του ρήγματος ολίσθησης κάτω από τη χερσόνησο Noto.

Η απροσδόκητα ενεργή δυτική ακτή της Ιαπωνίας, μακριά από την καταβύθιση

Η χερσόνησος Noto της Ιαπωνίας έχει φιλοξενήσει μια σειρά από μεγάλους σεισμούς τα τελευταία 20 χρόνια . Αυτά είναι συμβάντα συμπίεσης κατά μήκος επιφανειακών ρήξεων και θαμμένων ρηγμάτων ώθησης που βρίσκονται στην ξηρά και στην υπεράκτια. (Τα θαμμένα ρήγματα δεν κόβουν τα επιφανειακά ιζήματα και μερικές φορές ονομάζονται «τυφλά», αν και θα αποφύγουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον όρο.) Η πηγή συμπίεσης είναι το διάχυτο όριο της πλάκας μεταξύ του νησιού Honshu και της ευρασιατικής πλάκας, που συγκλίνει με ρυθμό μεταξύ 13 και 28 χιλιοστών το χρόνο, ανάλογα με το μοντέλο (Taira, 2001). Μεγάλο μέρος αυτής της σύγκλισης συμβαίνει κατά μήκος της χερσονήσου Noto και της ακτής του κόλπου Toyama, με ρυθμό μικρότερο από 10 χιλιοστά το χρόνο.

Η περιοχή που περιβάλλει τον σεισμό 7,5 βαθμών του 2024 ήταν πολύ σεισμικά ενεργή τα τελευταία 20 χρόνια . Οι σεισμοί είναι το προϊόν των ανάστροφων ρηγμάτων κατά μήκος μιας σειράς χερσαίων και υπεράκτιων ρηγμάτων ώθησης (δεξιός πίνακας). Δεδομένα από USGS (αριστερό πλαίσιο), Inoue and Okamura (2010) και JMA (Ιαπωνική Μετεωρολογική Υπηρεσία) (δεξιό πλαίσιο) 

Πόσο συχνοί είναι οι σεισμοί αυτού του μεγέθους στη χερσόνησο του Νότο;

Δεδομένου του μακροπρόθεσμου ρυθμού ολίσθησης μερικών χιλιοστών το χρόνο και της υπολογισμένης ολίσθησης ρηγμάτων 1 έως 5 μέτρων στο συμβάν του 2024, οι πρόχειροι χρόνοι μεταξύ συμβάντων σεισμών αυτού του μεγέθους θα πρέπει να είναι αρκετές εκατοντάδες έως μερικές χιλιάδες χρόνια.

Η ίδια η χερσόνησος Noto έχει ανυψωθεί τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια, με τη βόρεια ακτή κοντά στο επίκεντρο του 2024 να αυξάνεται με μέσο ρυθμό περίπου 1 χιλιοστό ετησίως (Ota and Hirakawa, 1979). Με βάση τις δορυφορικές εικόνες ραντάρ, ο σεισμός προκάλεσε ανύψωση 4 μέτρων στη βορειοδυτική χερσόνησο του Νότο (η οποία παρεμπιπτόντως οδήγησε σε προέλαση της ακτογραμμής προς τη θάλασσα περίπου 200 μέτρων, σύμφωνα με το GSI). Αυτή η άνοδος υποδηλώνει ότι ο σεισμός έχει πολύ μεγαλύτερο χρόνο μεταξύ συμβάντων - περίπου 4.000 χρόνια.

Στην παγκόσμια προσομοίωση σεισμών 50.000 ετών του Temblor , ο χρόνος μεταξύ συμβάντων για κραδασμούς μεγαλύτερους ή ίσους με μέγεθος 7,5 σε ακτίνα 50 χιλιομέτρων γύρω από το επίκεντρο του 2024 είναι 1022±134 χρόνια. Το σύνολο εκδηλώσεων περιλαμβάνει επίσης έναν σεισμό 7,4 βαθμών σε απόσταση 6 χιλιομέτρων από το γεγονός του 2024.

Έτσι, ενώ τρεις διαφορετικοί τρόποι για να δούμε τους χρόνους μεταξύ των σεισμών που μοιάζουν με το γεγονός του 2024 καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα, περίπου χίλια χρόνια φαίνονται εύλογο.

Επικίνδυνα υψηλό τίναγμα

Ένα ιδιαίτερα ανησυχητικό στοιχείο του σεισμού είναι η δημιουργία πολύ ισχυρών δονήσεων εντός 40 έως 50 χιλιομέτρων από τη ρήξη.Το μοντέλο ShakeMap του Γεωλογικού Ινστιτούτου των ΗΠΑ (USGS) υπο-εκτίμησε την δόνηση εντός 40 χιλιομέτρων από τη ρήξη .

Η δόνηση από τον σεισμό μεγέθους 7,5 Ρίχτερ καταγράφηκε από το Ιαπωνικό δίκτυο ισχυρής επίγειας κίνησης, με παρατηρήσεις σε απόσταση 15 έως 600 χιλιομέτρων από τη ρήξη του ρήγματος που διαμορφώθηκε από το USGS. Η δόνηση εντός 40 χιλιομέτρων από τη ρήξη είναι εξαιρετικά υψηλή — περίπου 4 φορές μεγαλύτερη από το μοντέλο κίνησης του εδάφους που αναμενόταν από τον αλγόριθμο USGS ShakeMap. (Δείτε τα πορτοκαλί και τα κόκκινα τρίγωνα στην αριστερή πλευρά του σχήματος. Από USGS v.1 ShakeMap Analysis.

Συχνά, το ισχυρότερο τίναγμα συνδέεται με μια πιο συμπαγή πηγή, με μεγαλύτερη ολίσθηση σε μικρότερη περιοχή από το συνηθισμένο. Αλλά η ρήξη είναι περίπου 100 χιλιόμετρα μήκος σύμφωνα με το USGS και το Ινστιτούτο Γεωγραφικής Έρευνας της Ιαπωνίας (GSI) και έτσι είναι τυπική για το μέγεθός της. Ωστόσο, η υψηλότερη ολίσθηση συγκεντρώνεται στη βόρεια χερσόνησο Noto και έτσι αυτή η έκρηξη ολίσθησης κατά μήκος ενός ρήγματος ώθησης που βυθίζεται στα νοτιοανατολικά κάτω από τις παράκτιες πόλεις μπορεί να εξηγήσει την ακραία δόνηση. Ο σεισμός μεγέθους 6,7 βαθμών του 2007 στα ανοιχτά της χερσονήσου Noto σείστηκε επίσης πιο δυνατά από το μοντέλο ShakeMap, αλλά όχι σχεδόν τόσο πολύ. Και ένας άλλος σεισμός μεγέθους 6,6 βαθμών του 2007 που έσκασε στα ανατολικά της θάλασσας προκάλεσε έντονη δόνηση σύμφωνα με το ShakeMap.

Επομένως, δεν είναι σαφές εάν η πολύ υψηλή δόνηση είναι χαρακτηριστικό της περιοχής της χερσονήσου Noto (π.χ., ίσως λόγω της πυκνής τοπικής πρόσχωσης που ενισχύει την δόνηση) ή εάν η ακραία δόνηση είναι πιο μοναδική για το γεγονός του 2024. Ανεξάρτητα από την αιτία της ισχυρής δόνησης, η δόνηση του 2024 φαίνεται να προκάλεσε κατολισθήσεις και ρευστοποίηση και πιθανότατα έπαιξε ρόλο στην κατάρρευση ενός πενταόροφου κτιρίου. Τυπικά διώροφα σπίτια με ξύλινο σκελετό στην Ιαπωνία, ιδιαίτερα αυτά που χτίστηκαν πριν από τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο, υπέστησαν τη μεγαλύτερη ζημιά σε αυτόν τον σεισμό, παρόμοια με ό,τι συνέβη στον σεισμό μεγέθους 6,9 Ρίχτερ στο Κόμπε του 1995.

Η μετρούμενη δόνηση, με πέντε σταθμούς που καταγράφουν πάνω από 1 g (αυτή είναι η δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί πλάγια), υπερβαίνει ακόμη και τους πιο αυστηρούς οικοδομικούς κώδικες παγκοσμίως, και έτσι  πιθανότατα προκάλεσε καταστροφικές ζημιές σχεδόν οπουδήποτε εκτός της καλά προετοιμασμένης και ανθεκτικής Ιαπωνίας. Ωστόσο, είναι μια υπενθύμιση του τι θα μπορούσε να συμβεί στην επιρρεπή σε σεισμό περιοχή.

Το επίκεντρο του σοκ μεγέθους 7,5 βαθμών βρίσκεται σε μια «σέλα» στην υπολογισμένη ολίσθηση ρήγματος (USGS, 2024). Σε διάστημα 30 δευτερολέπτων, η ρήξη εξαπλώθηκε τόσο στα νοτιοδυτικά, όπου η ολίσθηση κορυφώθηκε στα 3 μέτρα περίπου, όσο και στα βορειοανατολικά, όπου έφτασε το 1,5 μέτρο. Μετασεισμοί (από τον κατάλογο USGS ANSS) παρατηρούνται τόσο κοντά στο σημείο της υψηλής ολίσθησης στα νοτιοδυτικά όσο και στην επίκεντρη σέλα ολίσθησης. Η JMA (Ιαπωνική Μετεωρολογική Υπηρεσία) σχεδιάζει να κυκλοφορήσει σύντομα τον πλήρη κατάλογο μετασεισμών μεγαλύτερου ή ίσου με μέγεθος 1,0, που θα παρέχει μια πιο πλούσια και ίσως πιο ακριβή εικόνα.

Τεράστιο σεισμικό σμήνος προηγήθηκε του σεισμού

Τον Δεκέμβριο του 2020 ξεκίνησε ένα ισχυρό σεισμικό σμήνος στην περιοχή που τελικά φιλοξένησε το επίκεντρο του σεισμού μεγέθους 7,5 βαθμών. Το σμήνος περιλάμβανε 48 σεισμούς μεγαλύτερους από 4,0 και επτά σεισμούς μεγαλύτερους από 5,0, συμπεριλαμβανομένου ενός σεισμού μεγέθους 6,5 βαθμών που σημειώθηκε τον Μάιο του 2023. Ένα σοκ μεγέθους 7,5 βαθμών μετά από ένα σεισμικό σμήνος είναι εξαιρετικά ασυνήθιστο. Στην πραγματικότητα, αν οι πρόδρομοι του σμήνους ήταν συνηθισμένοι, θα μπορούσαμε να προβλέψουμε κάποιους σεισμούς — και δεν μπορούμε.

Αλλά με την ίδια λογική, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι το σμήνος και το επίκεντρο μεγέθους 7,5 βαθμών συνέπεσαν τυχαία. Αντίθετα, θεωρούμε το σμήνος ως ένδειξη ότι οι συνθήκες για αποτυχία σε αυτήν την τοποθεσία άλλαξαν δραματικά πριν από τρία χρόνια, με αποκορύφωμα —με τρόπο που δεν κατανοούμε πλήρως— με την πυρήνωση ενός μεγάλου σεισμού.

Το έντονο σμήνος που ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 2020 είναι αξιοσημείωτο. Η συχνότητα σεισμικών κρουσμάτων μεγέθους μεγαλύτερου του 1,0 αυξήθηκε κατά περίπου 400 φορές, και έτσι η πιθανότητα μεγάλων κρουσμάτων πιθανότατα αυξήθηκε επίσης κατά τον ίδιο παράγοντα. Σημειώστε ότι ο σεισμός μεγέθους 6,7 Noto-Hanto του Μαρτίου 2007, πολύ δυτικά αυτής της περιοχής, δεν αύξησε το ποσοστό σεισμικότητας στο μελλοντικό επίκεντρο του 2024 και δεν ξεκίνησε ένα σμήνος. Πηγή: Toda and Stein, 2024

Αυτό που μπορούμε να πούμε είναι ότι το σμήνος αύξησε το ποσοστό σεισμικότητας κατά 400 περίπου. Συχνά, τα σμήνη έχουν υψηλότερη αναλογία μικρών προς μεγάλες κρούσεις από ό,τι αναμενόταν. Αυτό συμβαίνει συνήθως με τα ηφαιστειακά σμήνη στην Ιαπωνία (Toda et al., 2002) και αλλού. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, η αναλογία μικρών προς μεγάλες κρούσεις (η «τιμή b» στη σεισμική γλώσσα) δεν άλλαξε. Έτσι, εάν ο ρυθμός των μικρών κραδασμών αυξήθηκε κατά 400, η ​​απλούστερη ερμηνεία είναι ότι η πιθανότητα μεγάλων κρουσμάτων αυξήθηκε επίσης. Όσον αφορά την περιοχή , υπολογίσαμε ότι η πιθανότητα ενός σοκ μεγαλύτερου ή ίσου με μέγεθος 7,0 αυξήθηκε από περίπου 0,08% ετησίως πριν από το σμήνος σε 3% ετησίως τα τελευταία τρία χρόνια, κάτι που είναι εξαιρετικά υψηλό .

Επειδή η σεισμικότητα του σμήνους έχει γίνει πιο ρηχή με την πάροδο του χρόνου, έχει ερμηνευτεί ότι συνοδεύει την άνοδο των ρευστών του φλοιού μέσω του δικτύου ρηγμάτων και ρωγμών στην κορυφή της χερσονήσου Noto (Yoshida et al., 2023; Amezawa et al., 2023). Οι πιέσεις των ρευστών δεν παρατηρούνται στην πραγματικότητα αφού οι σεισμοί είναι τόσο βαθύτεροι, και έτσι αυτό παραμένει μια υπόθεση. Σε αντίθεση με τα πολύ πιο κοινά ηφαιστειακά σμήνη, δεν φαίνεται να υπάρχουν μαγματικές διεργασίες (με λιωμένο πέτρωμα στο βάθος) που συμβαίνουν στο Noto, καθιστώντας το ακόμη πιο ασυνήθιστο.

Επιπτώσεις του σεισμού 6,7 βαθμών του 2007 Νότο-Χαντο

Λοιπόν, είναι τυχαίο ή αιτιολογείται ότι το επίκεντρο του σοκ μεγέθους 7,5 βαθμών, η δυτική έκταση της ρήξης του 2024 μήκους 100 χιλιομέτρων και η τοποθεσία του προηγούμενου σεισμικού σμήνους βρίσκονται όλα σε μια περιοχή αυξημένης πιθανότητας σεισμού («ζώνη ενεργοποίησης») λόγω του γεγονότος 6,7 Ρίχτερ του 2007; Αυτός ο παλαιότερος σεισμός στη χερσόνησο του Νότο παρήγαγε ένα σχέδιο τεσσάρων περιοχών, ή λοβών, πλούσιες σε μετασεισμούς. Ο Toda (2008) το εξήγησε με τη μεταφορά τάσης Coulomb, στην οποία τα ρήγματα έφεραν πιο κοντά στην αστοχία που παρήγαγαν μετασεισμούς  και τα ρήγματα που προήλθαν περαιτέρω από την αστοχία ανέστειλαν τους μετασεισμούς .

Για να προκληθεί ένας μεγάλος σεισμός, είναι απαραίτητο ένα μεγάλο ρήγμα. για την προώθηση ενός σεισμού, πρέπει να συσσωρευτεί στρες. Τα ρήγματα σίγουρα υπάρχουν  και η αλλαγή τάσης 0,25 bar που μεταδόθηκε από το σοκ του 2007 είναι μέτρια, αλλά αρκετή για να προκαλέσει σεισμικότητα. Αλλά αυτό που είναι ξεκάθαρο είναι ότι ο σεισμός του 2007 δεν ξεκίνησε το σμήνος. Ίσως πιο σημαντικό είναι ότι η περιοχή με την υψηλότερη ολίσθηση του σεισμού του 2024  εμφανίστηκε όπου η μεγαλύτερη καταπόνηση μεταδόθηκε από το γεγονός του 2007 , ακριβώς στα βορειοανατολικά της  ρήξης του 2007.

Ο Toda (2008) υπολόγισε τη μεταφορά τάσης σε περιβάλλοντα ρήγματα με γεωμετρία παρόμοια με το σοκ μεγέθους 7,5 του 2024 (το οποίο είχε κρούση 49°, βύθιση 42°, κλίση 102° σύμφωνα με το USGS). Το επίκεντρο του σοκ μεγέθους 7,5 Ρίχτερ και ο τόπος του σεισμικού σμήνους 2020-2023, βρίσκονται σε μια περιοχή υπολογισμένης αύξησης της τάσης κατά 0,25 bar. Από: Toda (2008), προστέθηκε το επίκεντρο της 1ης Ιανουαρίου 2024.

Το επόμενο στάδιο;

Υπολογίζουμε ότι το σοκ του 2024 αύξησε την καταπόνηση κατά αρκετές ράβδους σε κοντινά ενεργά ρήγματα πέρα ​​από τα άκρα της ρήξης, μερικά από τα οποία αντιμετωπίζουν μετασεισμούς. Αυτή η παρατήρηση μπορεί να υποδεικνύει ότι οι υπολογισμοί μας έχουν κάποια αξιοπιστία . Το αν τα τονισμένα ρήγματα θα αποτύχουν σε μια προοδευτική σεισμική ακολουθία και αν το σεισμικό σμήνος θα συνεχιστεί, είναι άγνωστο.

Η τάση που μεταφέρθηκε από τον σεισμό 7,5 Ρίχτερ του 2024 στα γύρω ρήγματα υποδεικνύει ότι αρκετά ρήγματα πέρα ​​από τα άκρα της ρήξης πιθανότατα πλησίασαν στην αστοχία (NT9, NT10, KZ1, KZ2, SD05, SD06). Αντίθετα, τα περισσότερα ρήγματα στον κόλπο Toyama θα πρέπει να αποτραπούν από την αστοχία τους ως αποτέλεσμα του βασικού σοκ.  

Νέες παρατηρήσεις οδηγούν σε αναπάντητα ερωτήματα

Αυτός ο μεγάλος σεισμός στην ενδοχώρα έχει εγείρει μερικά ανησυχητικά και επιστημονικά ενδιαφέροντα ερωτήματα σχετικά με την ισχύ της σεισμικής δόνησης και τον ρόλο της κίνησης του φλοιού, τα σεισμικά σμήνη και τη μεταφορά του στρες Coulomb στην προώθηση του σεισμού.

Αυτό που έχει κοινό αυτό το γεγονός με τους σεισμούς μεγέθους 7,8 και 7,7 βαμών του 2023 στο Kahramanmaraş, στην Τουρκία, είναι τα εξαιρετικά δίκτυα σεισμικής παρακολούθησης και εκτεταμένες προηγούμενες έρευνες — ένα δώρο για τη σεισμολογία και τη δημόσια ασφάλεια. Και οι δύο περιπτώσεις δείχνουν τρέμουλο κοντά στη ρήξη πολύ πιο δυνατό από ό,τι πιστευόταν μέχρι τώρα. Κάθε ακολουθία σεισμών δείχνει επίσης πώς μόλις αρχίζουμε να αποκρυπτογραφούμε θεμελιώδη ζητήματα στη σεισμολογία όπως οι προοδευτικοί σεισμοί και τα σεισμικά σμήνη.

 

Από τον Shinji Toda, Ph.D., Πανεπιστήμιο Tohoku, Ross S. Stein, Ph. .D., Temblor, Inc.

https://temblor.net/temblor/intense-seismic-swarm-magnitude-7-5-japan-earthquake-15891/