Η γεωμετρία των ρηγμάτων είναι σημαντική

Τα ερπυστικά ρήγματα μπορεί να έχουν απλούστερες γεωμετρίες.

Το ρήγμα San Andreas της Καλιφόρνια είναι γνωστό για τους μεγάλους και καταστροφικούς σεισμούς του. Ωστόσο, ορισμένα τμήματα του ρήγματος γλιστρούν σε αργή κίνηση, με ελάχιστη ή καθόλου σεισμική δραστηριότητα. Αυτά τα «έρποντα» τμήματα ρηγμάτων ολισθαίνουν σταθερά, απελευθερώνοντας τάσεις που διαφορετικά θα συσσωρεύονταν και θα προκαλούσαν μεγάλους σεισμούς. 

«Αυτό έχει πολύ σημαντικές συνέπειες για το πού να περιμένουμε σεισμούς έναντι του πού να μην περιμένουμε σεισμούς». Οι γεωλόγοι γενικά πιστεύουν ότι ο ερπυσμός συμβαίνει σε ρήγματα που τέμνονται μέσα από ιδιαίτερα ολισθηρούς βράχους. Αλλά μια πρόσφατη μελέτη αναφέρει ότι η συνολική δομή ενός δικτύου ρηγμάτων μπορεί επίσης να υπαγορεύει γιατί ορισμένα ρήγματα σέρνονται αντί να γλιστρούν κατά διαστήματα δραματικά. «Αυτό έχει πολύ σημαντικές συνέπειες για το πού να περιμένουμε σεισμούς έναντι του πού να μην περιμένουμε σεισμούς, καθώς και για την πρόβλεψη που θα είναι οι πιο καταστροφικοί σεισμοί», δήλωσε ο Βίκτορ Τσάι, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο Μπράουν και συν-συγγραφέας της μελέτης. 

Αν και η μελέτη επικεντρώθηκε στα ρήγματα της Καλιφόρνια, τα οποία περιλαμβάνουν το San Andreas, τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να ισχύουν και για άλλα ρήγματα σε όλο τον κόσμο, σύμφωνα με τους ερευνητές. Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο Nature. 

Σύνθετα ρήγματα

Τα ρήγματα είναι σπάνια απλά, επίπεδα χαρακτηριστικά. Έχουν κουνήματα και κενά και διασταυρούμενες βάσεις - πολυπλοκότητες που είναι γνωστό ότι επηρεάζουν τους κινδύνους σεισμών. Μια στροφή σε ένα ρήγμα μπορεί, για παράδειγμα, να σταματήσει έναν σεισμό στα ίχνη του ή να το κάνει να πηδήξει σε άλλο κλάδο και να μεγαλώσει.

«Υπήρξε πολλή δουλειά για τη γεωμετρία των ρηγμάτων στο παρελθόν», είπε ο Τζούλιαν Λόζος, σεισμολόγος στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Northridge, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Η πολυπλοκότητα των ρηγμάτων είναι ένας από τους παράγοντες που εμπλέκονται στις εκτιμήσεις κινδύνου».

Ο Τσάι και οι συνεργάτες του ερεύνησαν πώς η γεωμετρία επηρεάζει τον ερπυσμό. Μέτρησαν τον προσανατολισμό των ιχνών επιφανειακών ρηγμάτων στους χάρτες του Γεωλογικού Ινστιτούτου των ΗΠΑ. Διαχώρισαν τους χάρτες σε περιοχές πλάτους 30 χιλιομέτρων (πλάτος 19 μιλίων), αποδίδοντας σε κάθε περιοχή μια τιμή μεταξύ 0 και 1, υποδεικνύοντας εάν περιλάμβανε παράλληλους κλώνους ρήγματος ή τυχαίους προσανατολισμούς ρηγμάτων, αντίστοιχα. Στη συνέχεια συνέκριναν αυτό το σύνολο δεδομένων με ρυθμούς ερπυσμού που είχαν μετρηθεί προηγουμένως, που καθορίστηκαν με τη χρήση οργάνων τα οποία καταγράφουν μετατόπιση σε ένα ρήγμα και άλλες τεχνικές, όπως παρατηρήσεις μετατόπισης δρόμων και περιφράξεων. 

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι σύνθετες ζώνες ρηγμάτων έχουν πιο αργούς ρυθμούς ερπυσμού και αντιμετωπίζουν περισσότερους σεισμούς από τα ρήγματα που εκτελούνται παράλληλα, υποδηλώνοντας ότι αυτές οι πολυπλοκότητες μπορεί να παίζουν καθοδηγητικό ρόλο στον ερπυσμό. 

Μέχρι τώρα, οι σεισμολόγοι μελετούσαν πώς ο ερπυσμός συσχετίζεται με ορισμένες ιδιότητες βράχου, είπε ο Λόζος. Για δεκαετίες, οι γεωλόγοι έχουν βρει έναν πράσινο μεταμορφωμένο βράχο, τον σερπεντινίτη, σε έρποντα τμήματα του San Andreas. Ο σερπεντενίτης είναι εγγενώς ολισθηρός, αλλά υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να μετατραπεί σε τάλκη, ο οποίος είναι ακόμη πιο αδύναμος. Αυτά τα πετρώματα χαμηλής τριβής επιτρέπουν στις πλευρές του ρήγματος να γλιστρούν αργά και σταθερά. 

Αυτές οι ιδιότητες βράχου έχουν αποδειχθεί στο εργαστήριο σε δείγματα που ανασύρθηκαν από τα βάθη του San Andreas. «Το πόσα ρήγματα είναι κακώς ευθυγραμμισμένα φαίνεται να συσχετίζεται καλά με το πού τα ρήγματα έρπουν ή έχουν σεισμούς», είπε ο Τσάι. Αυτός και οι συνάδελφοί του πιστεύουν ότι οι οδοντωτές, αλληλένδετες διεπαφές μεταξύ κακώς ευθυγραμμισμένων ρηγμάτων μπορεί να κάνουν τους βράχους να κολλήσουν μεταξύ τους. 

Προτείνουν ότι οι ιδιότητες των βράχων μπορεί να διαδραματίσουν μικρότερο ρόλο στο ερπυσμό από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Έγραψαν στη μελέτη, «Τα ευρήματά μας έρχονται σε αντίθεση με την προηγούμενη αντίληψη ότι ο ερπυσμός συμβαίνει κατά μήκος ρηγμάτων με υψηλή τραχύτητα, ετερογενή δομή και ορισμένες συνθέσεις». 

Συνδυαστικοί Παράγοντες 

«Δεν νομίζω ότι έχει να κάνει μόνο με τη γεωμετρία. Ο ερπυσμός πρέπει να προκαλείται από έναν συνδυασμό παραγόντων». «Νομίζω ότι έχουν ένα ενδιαφέρον και χρήσιμο αποτέλεσμα εδώ», είπε ο Λόζος. Αλλά η ερμηνεία των ερευνητών είναι πολύ ασπρόμαυρη, είπε, «Δεν νομίζω ότι αφορά μόνο τη γεωμετρία. Ο ερπυσμός πρέπει να προκαλείται από έναν συνδυασμό αυτών των πραγμάτων». Ο Τσάι συμφώνησε. «Η δουλειά μας δείχνει ότι η γεωμετρία των ρηγμάτων είναι σημαντική», έγραψε σε ένα email, «αλλά όχι απαραίτητα ότι πρέπει να είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας». Πρόσθεσε ότι η έλλειψη δεδομένων για την τριβή των πετρωμάτων σε βάθος καθιστά δύσκολο τον προσδιορισμό των σχετικών ρόλων της γεωμετρίας και των ιδιοτήτων των πετρωμάτων. Ένας τρόπος για να ελεγχθεί εάν ένας παράγοντας υπερισχύει θα ήταν η χρήση ενός μοντέλου για την προσομοίωση ενός σύνθετου ρήγματος με τις πρόσθετες ιδιότητες βράχου ενός ερπυσμού, είπε ο Λόζος. 

Εκεί που η νέα μελέτη έρχεται από μόνη της είναι να εξηγήσει γιατί ορισμένα μέρη του San Andreas είναι κλειδωμένα όταν, στην πραγματικότητα, έχουν τους κατάλληλους βράχους για ερπυσμό, εξήγησε. «Υπάρχει ένας αυτοκινητόδρομος στην περιοχή του κόλπου που ακολουθεί το μονοπάτι του San Andreas», εξήγησε ο Λόζος. «Μπορείτε να δείτε τους πράσινους βράχους στο δρόμο να κόβουν. Αλλά αυτό το τμήμα του ρήγματος είναι κλειδωμένο, συμμετείχε στον σεισμό του Σαν Φρανσίσκο του 1906». Αντίθετα, τα κοντινά ρήγματα Hayward και Calaveras, τα οποία διακλαδίζονται από το San Andreas και είναι περίπου παράλληλα με αυτό, έχουν σερπεντινίτη πάνω τους αλλά έρπουν, όπως θα ήταν αναμενόμενο. Το San Andreas είναι λίγο πιο λανθασμένα ευθυγραμμισμένο με το όριο της πλάκας από τα άλλα δύο ρήγματα σε αυτήν την περιοχή, είπε ο Λόζος. «Έχουν ξεφύγει τόσο πολύ που αυτό το επιχείρημα [σχετικά με τον προσανατολισμό που ελέγχει το ερπυσμό] εξακολουθεί να είναι δελεαστικό».

Γεωδίφης με πληροφορίες από το eos.org

Martin-Jones, E. (2024), Creeping faults may have simpler geometries, Eos, 105, https://doi.org/10.1029/2024EO240524.