Το μυστήριο του σεισμού «μπούμερανγκ»
Φωτογραφίa του Σαν Φρανσίσκο πριν από τον σεισμό του 1906 που κατέστρεψε μεγάλο μέρος της πόλης. Πριν από το 1906, το Σαν Φρανσίσκο ήταν μια ακμάζουσα πόλη και ήταν γνωστό ακόμη και ως το «Παρίσι της Δύσης».
Οι σεισμοί μπορεί να γυρίσουν «μπούμερανγκ» πίσω και να χτυπήσουν την ίδια περιοχή δύο φορές.
Οι σεισμοί συνήθως διασχίζουν ένα ρήγμα προς μία (ή δύο) κατεύθυνση και συνεχίζουν να κινούνται. Αλλά σε σπάνιες περιπτώσεις, η ρήξη μπορεί να αντιστρέψει την πορεία της, στέλνοντας ένα δεύτερο κύμα θραύσης πίσω στο έδαφος που είχε ήδη σειστεί λίγα λεπτά νωρίτερα.
Νέα έρευνα υποδηλώνει ότι αυτή η συμπεριφορά «μπούμερανγκ» μπορεί να είναι πιθανή πιο συχνά από ό,τι νομίζαμε - και μπορεί να μην απαιτεί ένα ακατάστατο, περίπλοκο σύστημα ρηγμάτων.
Σε μια νέα μελέτη ερευνητών του MIT, προσομοιώσεις δείχνουν ότι ακόμη και ένα απλό, ευθύγραμμο ρήγμα μπορεί να προκαλέσει μια οπισθοδρομική ρήξη υπό τις κατάλληλες συνθήκες.
Η εργασία υπονοεί επίσης ότι ορισμένοι παλαιότεροι σεισμοί κατά μήκος φαινομενικά απλών ρηγμάτων μπορεί να περιελάμβαναν αυτό το κρυφό «δεύτερο πέρασμα», με επιπτώσεις στον τρόπο που σκεφτόμαστε τα πρότυπα ζημιών και τους μελλοντικούς κινδύνους.
Το μυστήριο του σεισμού μπούμερανγκ
Οι σεισμολόγοι έχουν παρατηρήσει έναν μικρό αριθμό σεισμών που φαίνεται να αντιστρέφουν την κατεύθυνση. Η έρευνα σημειώνει παραδείγματα που μπορεί να περιλαμβάνουν ένα συμβάν του 2016 στον Ατλαντικό που έσπασε προς τα ανατολικά και στη συνέχεια εξοστρακίστηκε πίσω δυτικά.
Επισημαίνει επίσης πιθανή παρόμοια συμπεριφορά κατά τον σεισμό μεγέθους 9 βαθμών στο Τοχόκου το 2011 και τον σεισμό μεγέθους 7,8 Ρίχτερ στην Τουρκία-Συρία το 2023.
Οι σεισμοί μπούμερανγκ έχουν συχνά συνδεθεί με περίπλοκα δίκτυα ρηγμάτων - σημεία όπου τέμνονται πολλαπλά ρήγματα, όπου οι ρήξεις μπορεί να μεταπηδούν μεταξύ τμημάτων ή όπου οι καμπύλες και οι στροφές θα μπορούσαν να ανακατευθύνουν το σπάσιμο.
Αλλά κάποια ύποπτα γεγονότα που έμοιαζαν με μπούμερανγκ συνέβησαν σε πολύ πιο απλά φαινομενικά ρήγματα, τα οποία έθεσαν ένα βασικό ερώτημα: μπορεί μια ρήξη να αλλάξει κατεύθυνση ακόμη και όταν το ρήγμα είναι ουσιαστικά ευθύγραμμο;
«Η εργασία μας υποδηλώνει ότι αυτοί οι σεισμοί τύπου μπούμερανγκ μπορεί να μην έχουν εντοπιστεί σε αρκετές περιπτώσεις», δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Γιουντόνγκ Σαν, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Τμήμα Γης, Ατμοσφαιρικών και Πλανητικών Επιστημών του MIT.
«Πιστεύουμε ότι αυτή η συμπεριφορά μπορεί να είναι πιο συχνή από ό,τι έχουμε δει μέχρι στιγμής στα σεισμικά δεδομένα».
Πώς η κατεύθυνση διαμορφώνει τις ζημιές από τον σεισμό
Η δόνηση του εδάφους από έναν σεισμό είναι ήδη περίπλοκη και οι περισσότεροι άνθρωποι δεν θα μπορούσαν να καταλάβουν εάν μια ρήξη αντιστράφηκε μόνο από αυτό που ένιωσαν.
Αλλά η κατεύθυνση που κινείται μια ρήξη μπορεί να εξακολουθεί να έχει σημασία για τη ζημιά, επειδή η δόνηση είναι συχνά ισχυρότερη προς την κατεύθυνση που κινείται η ρήξη.
«Στις περισσότερες περιπτώσεις, θα ήταν αδύνατο για ένα άτομο να καταλάβει ότι ένας σεισμός έχει διαδοθεί προς τα πίσω μόνο από την κίνηση του εδάφους, επειδή η κίνηση του εδάφους είναι πολύπλοκη και επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες», δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Καμίλα Κατάνια, καθηγήτρια γεωφυσικής στο MIT.
«Ωστόσο, γνωρίζουμε ότι η δόνηση ενισχύεται προς την κατεύθυνση της ρήξης και τα κτίρια θα δονηθούν περισσότερο ως απάντηση. Υπάρχει λοιπόν μια πραγματική επίδραση όσον αφορά τη ζημιά που προκύπτει. Γι' αυτό είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πού θα μπορούσαν να συμβούν αυτά τα γεγονότα μπούμερανγκ».
Εάν μια ρήξη μπορεί αποτελεσματικά να «σαρώσει» μια περιοχή και στη συνέχεια να επανέλθει, ακόμη και σε δευτερόλεπτα, θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι μηχανικοί και οι μοντελοποιητές κινδύνων σκέφτονται ποιες τοποθεσίες πλήττονται περισσότερο.
Απλά ρήγματα, σύνθετη συμπεριφορά
Το σημείο εκκίνησης των Cattania και Sun ήταν μια ιδέα που μοιάζει σχεδόν αντιφατική: μπορεί να μην χρειάζεστε κάποια περίπλοκη γεωμετρία ρήγματος για να αντιστρέψετε μια ρήξη. Με άλλα λόγια, η πολυπλοκότητα στη Γη δεν είναι ο μόνος τρόπος για να προκληθεί ένας σύνθετος σεισμός.
«Όταν βλέπεις αυτή τη συμπεριφορά που μοιάζει με μπούμερανγκ, είναι δελεαστικό να την εξηγήσεις με όρους κάποιας πολυπλοκότητας στη Γη», είπε η Κατάνια.
«Για παράδειγμα, μπορεί να υπάρχουν πολλά ρήγματα που αλληλεπιδρούν, με σεισμούς που μεταπηδούν μεταξύ των τμημάτων των ρηγμάτων ή επιφάνειες ρηγμάτων με εμφανείς στροφές και καμπύλες».
«Σε πολλές περιπτώσεις, αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει την αντίστροφη διάδοση. Αλλά αυτό που διαπιστώσαμε ήταν ότι θα μπορούσατε να έχετε ένα πολύ απλό ρήγμα και να εξακολουθείτε να έχετε αυτή την πολύπλοκη συμπεριφορά».
Για να το δοκιμάσουν αυτό, δημιούργησαν προσομοιώσεις σεισμών σε υπολογιστή σε ένα μόνο ευθύγραμμο ρήγμα ενσωματωμένο σε έναν ελαστικό φλοιό - βασικά η απλούστερη «καθαρή» διάταξη που εξακολουθεί να αποτυπώνει τη βασική φυσική.
Στη συνέχεια, διέφεραν τα βασικά συστατικά: από πού ξεκίνησε η ρήξη, πόσο μεγάλο ήταν το ρήγμα και αν η ρήξη έτρεχε προς τη μία κατεύθυνση ή και προς τις δύο.
Πώς οι σεισμοί αντιστρέφουν την κατεύθυνση
Σε πολλές προσομοιώσεις, το φαινόμενο μπούμερανγκ εμφανίστηκε μόνο σε έναν τύπο σεναρίου: μονομερείς σεισμούς – ρήξεις που κινούνται κυρίως προς μία κατεύθυνση.
Αυτά τα γεγονότα μπορούν να αναπτύξουν αυτό που οι σεισμολόγοι ονομάζουν μέτωπα οπισθοδιάδοσης. Σε αυτήν την περίπτωση, η ρήξη συνεχίζει προς τα εμπρός, ενώ παράλληλα στέλνει ένα μέτωπο θραύσης προς τα πίσω προς το σημείο που ξεκίνησε.
Αφού παρατήρησαν το μοτίβο, οι ερευνητές προσπάθησαν να κατανοήσουν γιατί συμβαίνει. Η Cattania σημείωσε ότι οι προσομοιώσεις μπορούν μερικές φορές να αποκαλύψουν συμπεριφορά χωρίς να εξηγήσουν αμέσως τον μηχανισμό πίσω από αυτήν.
Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα κατασκεύασε μαθηματικά μοντέλα και τα βελτίωσε μέσω επαναλαμβανόμενων δοκιμών μέχρι να αναπτύξει μια απλή θεωρία. Το συμπέρασμά τους: η αντίστροφη διάδοση θα πρέπει να εμφανίζεται μόνο υπό πολύ συγκεκριμένες φυσικές συνθήκες.
Η τριβή αναστρέφει τη ρήξη
Το κλειδί έγκειται στο πώς εξελίσσεται η τριβή κατά μήκος του ρήγματος κατά τη διάρκεια της ρήξης. Στην τυπική εικόνα της σεισμικής φυσικής, η τάση συσσωρεύεται μέχρι το ρήγμα να ολισθήσει ξαφνικά. Η τριβή μειώνεται, καθιστώντας ευκολότερη την περαιτέρω ολίσθηση και επιτρέποντας στη ρήξη να διατηρηθεί.
Αλλά σε αυτές τις προσομοιώσεις, οι μονομερείς ρήξεις θα μπορούσαν να γυρίσουν μπούμερανγκ αν η τριβή άλλαζε σε μια συγκεκριμένη ακολουθία - μειώνοντας, μετά αυξάνοντας και μετά μειώνοντας ξανά.
Αυτή η προσωρινή αύξηση της τριβής μπορεί να πνίξει την ολίσθηση πίσω από το κύριο μέτωπο ρήξης, δημιουργώντας τις συνθήκες για αντιστροφή.
«Όταν ο σεισμός διαδίδεται προς μία κατεύθυνση, παράγει ένα φαινόμενο «θραύσης» που μειώνει την ταχύτητα ολίσθησης, αυξάνει την τριβή και επιτρέπει μόνο σε ένα στενό τμήμα του ρήγματος να ολισθαίνει κάθε φορά», δήλωσε η Κατάνια.
Η περιοχή πίσω από τη ρήξη σταματά στη συνέχεια να ολισθαίνει. Αλλά η πίεση συνεχίζει να συσσωρεύεται εκεί και αυτή η συσσώρευση μπορεί τελικά να προκαλέσει μια δεύτερη ρήξη.
«Η περιοχή πίσω από τον σεισμό, η οποία σταματά να ολισθαίνει, μπορεί στη συνέχεια να υποστεί ξανά ρήξη επειδή έχει συσσωρεύσει περισσότερη πίεση για να ολισθήσει ξανά», πρόσθεσε η Κατάνια.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι η ρήξη πρέπει να ταξιδέψει αρκετά μακριά κατά μήκος του ρήγματος για να εμφανιστεί αυτή η αντιστροφή. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι μεγαλύτεροι σεισμοί είναι πιο πιθανό να δείξουν το αποτέλεσμα.
Αυτό το εύρημα αμφισβητεί την μακροχρόνια υπόθεση ότι οι μεγάλοι σεισμοί είναι απλώς κλιμακωτές εκδοχές μικρότερων, υποδηλώνοντας αντ' αυτού ότι μπορούν να εμφανίσουν θεμελιωδώς διαφορετική συμπεριφορά ρήξης.
Ψάχνοντας για χαμένους σεισμούς μπούμερανγκ
Μία από τις πιο προκλητικές συνέπειες εδώ είναι ότι οι αντιστροφές ρήξης μπορεί να έχουν συμβεί συχνότερα από ό,τι υποδηλώνει το σεισμικό αρχείο. Αυτό δεν συμβαίνει επειδή είναι σπάνιες, αλλά επειδή είναι δύσκολο να ανιχνευθούν με τις κοινές μεθόδους.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα άμεσα, ώριμα ρήγματα - συστήματα που οι άνθρωποι θα μπορούσαν να υποθέσουν ότι συμπεριφέρονται με «τυπικούς» τρόπους - θα μπορούσαν ακόμα να προκαλέσουν αυτό το είδος έκπληξης.
«Δεν θα πρέπει να περιμένετε αυτή την πολύπλοκη συμπεριφορά μόνο σε ένα νεαρό, πολύπλοκο σύστημα ρηγμάτων. Μπορείτε επίσης να την δείτε σε ώριμα, απλά ρήγματα», είπε η Cattania. «Το βασικό ανοιχτό ερώτημα τώρα είναι πόσο συχνά συμβαίνουν στη φύση οι αντιστροφές ρήξης, ή οι σεισμοί «μπούμερανγκ».
Το συμπέρασμα είναι ανησυχητικό με έναν πολύ σεισμολογικό τρόπο: ακόμη και όταν ένα ρήγμα φαίνεται απλό σε έναν χάρτη, η φυσική της ρήξης μπορεί να μην είναι.
Και αν η συμπεριφορά μπούμερανγκ κρυβόταν σε προηγούμενα δεδομένα, η ανακάλυψή της θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο ερμηνεύουμε τα μοτίβα δόνησης - και τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζουμε για το τι μπορεί να κάνουν οι μελλοντικοί σεισμοί.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο AGU Advances.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα earth.com
περισσότερα,
Back-Propagating Earthquakes on Simple Faults- Yudong Sun, Camilla Cattania
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025AV001649
https://www.earth.com/news/earthquakes-may-boomerang-back-and-hit-the-same-area-twice/