Οι αργοί σεισμοί ελέγχονται από τη διαπερατότητα των βράχων;
Μία τοποθεσία από όπου οι ερευνητές συνέλεξαν πετρώματα από τη Νέα Ζηλανδία το 2022. Φωτογραφία: Nicola Tisato / Jackson School of Geosciences.
Οι ερευνητές δείχνουν ότι οι αργοί σεισμοί ελέγχονται από τη διαπερατότητα των βράχων.από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν.
Οι σεισμοί είναι τα πιο δραματικά και αξιοσημείωτα αποτελέσματα της κίνησης των τεκτονικών πλακών. Είναι συχνά καταστροφικά και θανατηφόρα. Ωστόσο, όλες οι τεκτονικές κινήσεις δεν έχουν ως αποτέλεσμα αποτελέσματα που μπορούν να αντιληφθούν οι άνθρωποι.
Γεγονότα αργής ολίσθησης συμβαίνουν όταν απελευθερώνονται κλειστές τεκτονικές δυνάμεις κατά τη διάρκεια μερικών ημερών ή μηνών, όπως ένας σεισμός που εκτυλίσσεται σε αργή κίνηση . Η πιο σταδιακή κίνηση σημαίνει ότι οι άνθρωποι δεν θα αισθάνονται τη γη να τρέμει κάτω από τα πόδια τους και τα κτίρια δεν θα καταρρεύσουν. Αλλά η έλλειψη καταστροφής δεν καθιστά τα γεγονότα αργής ολίσθησης λιγότερο σημαντικά επιστημονικά. Στην πραγματικότητα, ο ρόλος τους στον κύκλο του σεισμού μπορεί να βοηθήσει να οδηγήσει σε ένα καλύτερο μοντέλο πρόβλεψης πότε συμβαίνουν σεισμοί.
Σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Geophysical Research Letters , μια ερευνητική ομάδα Jackson School of Geosciences με επικεφαλής τους Harm Van Avendonk, Nathan Bangs και Nicola Tisato διερευνά πώς η σύνθεση των πετρωμάτων, συγκεκριμένα η διαπερατότητά τους - ή πόσο εύκολα τα υγρά μπορούν να ρέουν μέσα από αυτά - επηρεάζει την συχνότητα και ένταση γεγονότων βραδείας ολίσθησης.
Το 2019 και το 2022, η ομάδα ταξίδεψε στο Βόρειο Νησί της Νέας Ζηλανδίας για να συλλέξει πέτρες από πολλές προεξοχές κοντά στο Hikurangi Margin. Αυτή είναι μια ζώνη καταβύθισης στα ανοικτά των ακτών της Νέας Ζηλανδίας όπου συμβαίνουν τακτικά γεγονότα αργής ολίσθησης, περίπου μία φορά το χρόνο. Οι ερευνητές έφεραν πίσω μια σειρά πετρωμάτων στο UT, όπου δοκίμασαν τη διαπερατότητα και τις ελαστικές τους ιδιότητες.
Δείγματα βράχου που συλλέχθηκαν στη Νέα Ζηλανδία το 2022 μεταφέρθηκαν σε εργαστήρια στο Jackson School of Geosciences στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν. Φωτογραφία: Nicola Tisato / Jackson School of Geosciences
Οι δοκιμές τους έδειξαν πώς οι πόροι στα βράχια μπορούσαν να ελέγξουν τα κανονικά γεγονότα αργής ολίσθησης σε αυτή τη ζώνη καταβύθισης. Προηγούμενες μελέτες έχουν προτείνει ότι ένα στρώμα αδιαπέραστου βράχου στην κορυφή της κατερχόμενης τεκτονικής πλάκας χρησιμεύει ως σφραγισμένο καπάκι, παγιδεύοντας υγρό στους πόρους των υποκείμενων στρωμάτων βράχου .
Καθώς το υγρό συσσωρεύεται κάτω από τη σφράγιση, η πίεση αυξάνεται και τελικά γίνεται αρκετά υψηλή ώστε να προκαλέσει ένα γεγονός αργής ολίσθησης ή σεισμό. Αυτό το συμβάν στη συνέχεια σπάει την αδιαπέραστη σφράγιση, σπάζοντας προσωρινά τους βράχους, επιτρέποντάς τους να απορροφούν υγρά. Μέσα σε λίγους μήνες, τα πετρώματα επουλώνονται και επιστρέφουν στην αρχική τους διαπερατότητα και ο κύκλος ξεκινάει από την αρχή.
Μελετώντας αυτόν τον κύκλο, ο Tisato και άλλοι ερευνητές δοκίμασαν πετρώματα από κοντινές επιφανειακές προεξοχές που κάποτε αποτελούσαν μέρος του ρήγματος του σεισμού βαθιά υπόγεια. Προηγούμενες μελέτες διαπερατότητας έχουν πραγματοποιηθεί μόνο σε χαλαρά ιζήματα που έχουν ενοποιηθεί σε στερεά πετρώματα.
«Δείχνουμε για πρώτη φορά, χρησιμοποιώντας πετρώματα που είναι αντιπροσωπευτικά αυτών που βρίσκονται σε βάθος, ότι η διαπερατότητα είναι ελεγκτική (γεγονότα αργής ολίσθησης)», είπε.
Η Laura Wallace, ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Γεωφυσικής του Πανεπιστημίου του Τέξας και στο GEOMAR στη Γερμανία, μελετά γεγονότα αργής ολίσθησης για περισσότερα από 20 χρόνια και ήταν ο πρώτος άνθρωπος που κατέγραψε γεγονότα αργής ολίσθησης που συμβαίνουν στο Περιθώριο Hikurangi. Είπε ότι αυτό το έγγραφο προσθέτει περισσότερα σημεία δεδομένων για να ενημερώσει τις χρονικές κλίμακες στις οποίες μπορεί να πραγματοποιηθούν οι αλλαγές διαπερατότητας ζώνης ρήγματος, επηρεάζοντας πιθανώς τους παρατηρούμενους κύκλους συμβάντων αργής ολίσθησης.
Άποψη του ωκεανού από την ακτή της Νέας Ζηλανδίας. Φωτογραφία: Nicola Tisato / Jackson School of Geosciences
«Προσθέτει μερικούς πρόσθετους περιορισμούς δεδομένων σχετικά με το πώς μπορεί να λειτουργήσει αυτή η διαδικασία της βαλβίδας ρήγματος, πώς θα μπορούσε να λειτουργήσει ο κύκλος ρευστού στη ζώνη βύθισης - αν αυτό είναι πράγματι που οδηγεί την κυκλικότητα αυτών των πραγμάτων», είπε ο Wallace.
Ο απώτερος στόχος αυτής της έρευνας, είπε ο Tisato, είναι να κατανοήσουμε γιατί συμβαίνουν οι σεισμοί και τελικά να οικοδομήσουμε ένα πειστικό μοντέλο που μπορεί ακόμη και να τους προβλέψει, έναν κώδικα που οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη σπάσει.
Αυτός και ο μεταπτυχιακός φοιτητής Jacob Allen αναλύουν επί του παρόντος δείγματα πετρωμάτων από το κέντρο του περιθωρίου και δοκιμάζουν τις διαφορές στη διαπερατότητα. Τα πετρώματα στο βόρειο άκρο αυτής της ζώνης καταβύθισης είναι πλουσιότερα σε άργιλο από αυτά στο νότιο άκρο.
Επειδή οι άργιλοι είναι εύπλαστοι και μπορούν να φιλοξενήσουν πολύ νερό και άλλα υγρά, είναι ιδανικά κατάλληλοι για να παγιδεύουν, να σπάζουν και να διοχετεύουν αυτά τα υγρά. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί τα γεγονότα αργής ολίσθησης στο βόρειο άκρο της ζώνης καταβύθισης συμβαίνουν συχνά, ενώ συμβαίνουν σπάνια στο νότιο άκρο, είπε ο Tisato.
«Πρέπει να περάσουμε από την άσκηση κατανόησης γιατί στα βόρεια του περιθωρίου Hikurangi υπάρχουν αργές ολισθήσεις και γιατί στα νότια του Hikurangi Margin έχουμε λιγότερες αργές ολισθήσεις», είπε ο Tisato. «Επειδή αν το καταλάβουμε αυτό, τότε έχουμε ένα επιπλέον βήμα να προχωρήσουμε προς την πρόβλεψη».
Γεωδίφης με πληροφορίες από την σελίδα phys.org
Nicola Tisato et al, Permeability and Elastic Properties of Rocks From the Northern Hikurangi Margin: Implications for Slow‐Slip Events, Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2023GL103696
https://www.utexas.edu/
Τρεις μεταπτυχιακοί φοιτητές από το Jackson School of Geosciences συνέβαλαν επίσης σε αυτή την εργασία: η Carolyn Bland, η Kelly Olsen και ο Andrew Gase.
.jpg)
