Στην καρδιά του μεγασεισμού του 2011
Κάναμε γεωτρήσεις βαθιά κάτω από τη θάλασσα για να μάθουμε περισσότερα για τους μεγασεισμούς και τα τσουνάμι.
Πολύ κάτω από τα κύματα, στα βάθη της Ιαπωνικής Τάφρου - επτά χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας - βρίσκονται κρυμμένες ενδείξεις για μερικούς από τους πιο ισχυρούς σεισμούς και τσουνάμι στη Γη.
Από τον Σεπτέμβριο έως τον Δεκέμβριο του 2024, η Αποστολή 405 του Διεθνούς Προγράμματος Ανακάλυψης Ωκεανών (IODP) ξεκίνησε μια τετράμηνη αποστολή στα ανοιχτά της Ιαπωνίας. Στο πλοίο Chikyu - το μεγαλύτερο επιστημονικό πλοίο γεώτρησης στον κόσμο - 60 επιστήμονες συνεργάστηκαν με έμπειρους ερευνητές για να αποκαλύψουν πυρήνες ιζημάτων βαθέων υδάτων κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας.
Οι επιστήμονες περιλάμβαναν ιζηματολόγους όπως εγώ, μαζί με γεωχημικούς, μικροπαλαιοντολόγους, δομικούς γεωλόγους, γεωφυσικούς και παλαιομαγνητιστές. Κάναμε γεωτρήσεις σε μια ζώνη ρηγμάτων όπου μόνο μία προηγούμενη αποστολή είχε πραγματοποιήσει απευθείας γεωτρήσεις. Η Αποστολή IODP 405 - που ονομάζεται επίσης Παρακολούθηση της Τσουναμογόνου Ολίσθησης στην Ιαπωνική Τάφρο ( JTRACK )- είναι μόλις η δεύτερη αποστολή βαθιάς γεώτρησης που έχει πρόσβαση σε αυτήν την περιοχή.
Αυτή τη φορά, φτάσαμε και λάβαμε δείγματα από το ντεκολτέ, ή αλλιώς την βασική αποκόλληση , του ρήγματος που έλαβε χώρα κατά τη διάρκεια του καταστροφικού μεγασεισμού στο Τοχόκου το 2011. Συλλέξαμε πυρήνες που θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς πυροδοτούνται τέτοιοι ισχυροί σεισμοί.
Η Αποστολή 405 του Διεθνούς Προγράμματος Ανακάλυψης Ωκεανών επιβιβάστηκε στο Chikyu για μια τετράμηνη αποστολή στα ανοιχτά της Ιαπωνίας.
Ένα απροσδόκητο γλίστρημα
Στις 11 Μαρτίου 2011, ο γιγαντιαίος σεισμός Τοχόκου έπληξε τη βορειοανατολική ακτή της Ιαπωνίας, προκαλώντας ένα καταστροφικό τσουνάμι. Με μέγεθος 9,1 βαθμούς, ήταν ένας από τους ισχυρότερους σεισμούς που έχουν καταγραφεί ποτέ και η πιο θανατηφόρα φυσική καταστροφή στη σύγχρονη ιστορία της Ιαπωνίας
Περισσότεροι από 18.000 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους. Ο σεισμός προκάλεσε σοβαρές ζημιές στον πυρηνικό σταθμό της Φουκουσίμα . Οι ζημιές εκτιμώνται σε 235 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ . Οι επιστήμονες δεν εξεπλάγησαν από την κλίμακα του σεισμού, αλλά από τη θέση της μεγαλύτερης ολίσθησης πλάκας που τον προκάλεσε : όχι βαθιά στο υπέδαφος, αλλά ακριβώς κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας, στο πιο ρηχό σημείο των ορίων των πλακών.
Η ρήξη έλαβε χώρα κατά μήκος της Τάφρου της Ιαπωνίας, όπου η πλάκα του Ειρηνικού βυθίζεται κάτω από την πλάκα Οχότσκ. Μέχρι τότε, αυτό το ρηχό τμήμα των ζωνών καταβύθισης θεωρούνταν ότι γλιστρούσε αργά και ήσυχα.
Δύο εικόνες, η μία στα αριστερά δείχνει έναν χάρτη με την τοποθεσία του σεισμού και η άλλη τις τεκτονικές πλάκες. Οι τεκτονικές πλάκες στη ζώνη καταβύθισης της Ιαπωνίας ευθύνονται για τους μεγάλους σεισμούς. Ο σεισμός Τοχόκου του 2011 υποδεικνύεται από ένα κόκκινο αστέρι (M. Brunet).
Αλλά κατά τη διάρκεια του συμβάντος Τοχόκου, σημειώθηκε ολίσθηση άνω των 50 μέτρων σε ένα ρήγμα που προκάλεσε ρήξη στον πυθμένα της θάλασσας, εκτοπίζοντας τεράστιες ποσότητες νερού και δημιουργώντας το καταστροφικό τσουνάμι.
Διάτρηση στο ρήγμα
Κατά τη διάρκεια της αποστολής IODP 405, ξεκινήσαμε να κατανοήσουμε τις συνθήκες που καθιστούν δυνατά τέτοια τσουνάμι.
Η Ιαπωνική Τάφρος παρέχει ένα φυσικό εργαστήριο για τη διερεύνηση των θεμελιωδών διεργασιών των τσουναμιογόνων σεισμών που προκαλούν τεράστια τσουνάμι.
Για αυτόν τον λόγο, πραγματοποιήσαμε γεωτρήσεις σε βάθος εντός του ορίου του ρήγματος των πλακών, την ακριβή ζώνη που έλαβε χώρα κατά τη διάρκεια του σεισμού του 2011. Αυτό σήμαινε ότι έπρεπε να κάνουμε γεωτρήσεις σε βάθος μεγαλύτερο των 800 μέτρων κάτω από τον πυθμένα και στο ίδιο το ρήγμα για να ανακτήσουμε δείγματα πετρωμάτων και ιζημάτων.
Εγκαταστήσαμε επίσης ένα μακροπρόθεσμο παρατηρητήριο για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας και της πίεσης του ρευστού στην πηγή του σεισμού, ελπίζοντας να ανιχνεύσουμε ανεπαίσθητα σήματα που είναι κλειδωμένα στο υλικό που κάποτε εξαπέλυσε έναν από τους ισχυρότερους σεισμούς στην ιστορία .
Ανάκτηση πυρήνων
Στο Chikyu , οι επιχειρήσεις πραγματοποιούνταν 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα. Κάθε τρεις ώρες, ένας νέος πυρήνας έφτανε στο κατάστρωμα - ένα μακρύ, κυλινδρικό αρχείο μνήμης της Γης. Ως ιζηματολόγοι, ξεκινήσαμε αμέσως τη δουλειά κοιτάζοντας μέσα από τις διαφανείς επενδύσεις με φακούς, σαρώνοντας για ίχνη άμμου, ηφαιστειακής τέφρας ή οτιδήποτε υπονοούσε παρελθόντα γεωλογικά γεγονότα.
Κάθε πυρήνας αφηγούνταν ένα κεφάλαιο μιας ιστορίας γραμμένης σε διάστημα εκατομμυρίων ετών. Στρώμα-στρώμα, αποκάλυψαν μια ακολουθία ιζημάτων και πετρωμάτων με ρήγματα, ρωγμές ή παραμορφώσεις. Μερικά περιείχαν σμηκτίτη - ένα ολισθηρό αργιλώδες ορυκτό γνωστό για τη μείωση της τριβής κατά μήκος των ρηγμάτων. Αυτά είναι ακριβώς τα είδη υλικών που μπορούν να επιτρέψουν στις τεκτονικές πλάκες να ολισθαίνουν εύκολα, ακόμη και σε μικρά βάθη κοντά στον πυθμένα της θάλασσας - ακριβώς το είδος του περιβάλλοντος που θα μπορούσε να προκαλέσει σεισμό που θα μπορούσε να προκαλέσει τσουνάμι.
Μία από τις πιο συναρπαστικές στιγμές ήρθε όταν συναντήσαμε στρώματα πυριτόλιθου - ενός σκληρού, υαλώδους πετρώματος που σηματοδοτεί τη μετάβαση από τα ιζήματα βαθέων υδάτων στον ωκεάνιο φλοιό. Είχαμε φτάσει στη ζώνη αποκόλλησης , το ίδιο το όριο όπου μια τεκτονική πλάκα βυθίζεται κάτω από μια άλλη.
Μια γυναίκα που κρατάει έναν σωλήνα γεμάτο με στρώματα διαφορετικών χρωμάτων ιζημάτων.Ένας διασπασμένος πυρήνας που ανακτήθηκε από τη ζώνη του ρήγματος (M. Brunet).
Στο εργαστήριο, ο τεμαχισμός των πυρήνων αποκάλυψε κάτι άλλο: όμορφα ριγέ πολύχρωμους άργιλους, χρωματισμένους σε πλούσιες αποχρώσεις σοκολάτας, βανίλιας και καραμέλας - μια φυσική παλέτα που δημιουργήθηκε από γεωλογικές διεργασίες βαθιά μέσα στη Γη.
Κάθε νέος πυρήνας εισήλθε σε μια στενά συντονισμένη ροή εργασίας: σαρώθηκε με αξονική τομογραφία υψηλής ανάλυσης με ακτίνες Χ, ελέγχθηκε για φυσικές και χημικές ιδιότητες και στη συνέχεια χωρίστηκε στη μέση. Το ένα μισό διατηρήθηκε προσεκτικά σε ένα μόνιμο αρχείο, ενώ το άλλο εξετάστηκε και ελήφθησαν δείγματα διεξοδικά από επιστήμονες από διάφορες χώρες και κλάδους.
Η έρευνά μου επικεντρώνεται στην ιζηματογενή υπογραφή παλαιότερων σεισμών και τσουνάμι. Στο Chikyu , αναζήτησα αποθέσεις που ονομάζονται ακολουθίες ομογενίτη- τουρβιδίτη . Αυτές σχηματίζονται όταν ένας σεισμός τραντάζει τον πυθμένα της θάλασσας, πυροδοτώντας μια υποθαλάσσια κατολίσθηση (τον τουρβιδίτη), ακολουθούμενη από μια αργή βροχή λεπτών σωματιδίων που ανακινούνται από το τσουνάμι (τον ομογενίτη). Αυτές οι ακολουθίες είναι γεωλογικές χρονοκάψουλες, που μας βοηθούν να εκτιμήσουμε πόσο συχνά έχουν συμβεί γιγάντιοι σεισμοί στο παρελθόν.
Εξέλιξη ρήγματος
Το Chikyu επέστρεψε στην αρχική τοποθεσία όπου έγινε η γεώτρηση λίγο μετά τον σεισμό του 2011. Αυτό μας έδωσε κάτι σπάνιο στη γεωεπιστήμη: την ευκαιρία να παρατηρήσουμε πώς έχει εξελιχθεί το ρήγμα για περισσότερο από μια δεκαετία. Εγκαταστήσαμε ένα παρατηρητήριο γεωτρήσεων, βαθύτερο και πιο προηγμένο από οποιοδήποτε άλλο σε αυτήν την περιοχή.
Εγκατάσταση του παρατηρητηρίου στην ερευνητική αποστολή JTRACK.
Τα επόμενα χρόνια, θα παρακολουθεί τη θερμοκρασία και τη ροή ρευστού σε πραγματικό χρόνο, δίνοντάς μας μια εικόνα για τη ζωντανή, αναπνευστική δυναμική ενός μεγαεπωθητικού ρήγματος.
Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, οι επιστήμονες θα προσομοιώσουν συνθήκες σεισμού χρησιμοποιώντας αριθμητικά μοντέλα ή πειράματα για να ελέγξουν πώς αυτά τα πετρώματα αντιδρούν υπό πίεση. Θα αναλύσουν τη χημεία των υγρών που παγιδεύονται μέσα στο ρήγμα και θα χρησιμοποιήσουν προηγμένα εργαλεία καταγραφής για να δημιουργήσουν μια λεπτομερή εικόνα της εσωτερικής αρχιτεκτονικής του ρήγματος.
Άλλοι - όπως εγώ - θα επικεντρωθούν στο ιζηματογενές αρχείο, αποκρυπτογραφώντας παρελθόντα γεγονότα για να κατανοήσουν καλύτερα τη συχνότητα των σεισμών και των τσουνάμι.
Από την κατανόηση στην προετοιμασία
Η Ιαπωνική Τάφρος δεν είναι μεμονωμένη περίπτωση. Οι ζώνες καταβύθισης σε όλο τον κόσμο, από τη Χιλή μέχρι την Αλάσκα και την Ινδονησία , ενέχουν παρόμοιους κινδύνους, συχνά ακριβώς στα ανοιχτά των πυκνοκατοικημένων περιοχών. Εάν μπορεί να συμβεί και εκεί ρηχή ολίσθηση, τότε τα τρέχοντα μοντέλα και οι στρατηγικές ετοιμότητάς μας πρέπει να εξελιχθούν ανάλογα.
Στόχος μας δεν ήταν απλώς να κατανοήσουμε γιατί συνέβη ο σεισμός Τοχόκου του 2011, αλλά να βοηθήσουμε στην προετοιμασία για τον επόμενο. Βελτιώνοντας τις αξιολογήσεις κινδύνου τσουνάμι και εμβαθύνοντας την κατανόησή μας σχετικά με τη συμπεριφορά των μεγασεισμών, συμβάλλουμε στην οικοδόμηση παγκόσμιας ανθεκτικότητας.
Η Αποστολή IODP 405 σηματοδοτεί ένα σημαντικό ορόσημο για την επιστήμη των σεισμών και των τσουνάμι. Τα επόμενα χρόνια, τα δεδομένα από το νέο παρατηρητήριο γεωτρήσεων, μαζί με εργαστηριακά πειράματα και αναλύσεις ιζημάτων, θα προσφέρουν πρωτοφανείς γνώσεις για το πώς εξελίσσονται αυτά τα ρήγματα και πώς μπορούμε να προβλέψουμε και να μετριάσουμε καλύτερα τις επιπτώσεις μελλοντικών μεγαθηριακών σεισμών.
Morgane Brunet
Μεταδιδακτορική ερευνήτρια, θαλάσσια γεωεπιστήμη, Πανεπιστήμιο του Κεμπέκ στο Ριμούσκι (UQAR)
https://theconversation.com/we-drilled-deep-under-the-sea-to-learn-more-about-mega-earthquakes-and-tsunamis-252010