Gempa bumi besar di Amerika Syarikat Pasifik Barat Laut?

Apa yang berlaku kira-kira 90 batu (150 km) di bawah permukaan Bumi? Imej melalui Foto Percuma Baik.

Oleh Miles Bodmer, University of Oregon dan Doug Toomey, University of Oregon

The Pacific Northwest terkenal dengan banyak perkara birnya, muziknya, makhluk-makhluk kaki besar mitosnya. Kebanyakan orang tidak mengaitkannya dengan gempa bumi, tetapi mereka sepatutnya. Ia adalah rumah kepada kesalahan megathrust Cascadia yang berjalan sejauh 600 batu (966 km) dari Northern California sehingga Pulau Vancouver di Kanada, merangkumi beberapa kawasan metropolitan utama termasuk Seattle dan Portland, Oregon.

Kesalahan geologi ini agak tenang dalam ingatan baru-baru ini. Tidak ada banyak gempa di sepanjang Cascadia megathrust, tentunya tiada apa yang akan menyaingi peristiwa bencana seperti gempa bumi Loma Prieta 1989 di sepanjang San Andreas aktif di California. Itu tidak bermakna ia akan tetap tenang, walaupun. Para saintis tahu bahawa ia mempunyai potensi untuk gempa besar sebesar magnitud 9.

Ahli geofizik telah diketahui lebih dari satu dekad bahawa tidak semua bahagian kesalahan megathrust Cascadia berkelakuan sama. Bahagian utara dan selatan lebih aktif secara seismik daripada seksyen pusat dengan gempa bumi kecil dan ubah bentuk tanah yang penduduknya sering tidak perasan. Tetapi mengapa variasi ini wujud dan apa yang menimbulkannya?

Penyelidikan kami cuba menjawab soalan-soalan ini dengan membina imej tentang apa yang berlaku di dalam Bumi, lebih daripada 90 batu (144 km) di bawah kesalahan. Kami telah mengenal pasti kawasan-kawasan yang semakin meningkat di bawah bahagian-bahagian aktif yang kami fikir akan membawa kepada perbezaan yang dapat dilihat di sepanjang kesalahan Cascadia.

Cascadia dan Really Big One

Zon subduksi Cascadia adalah rantau di mana dua lempeng tektonik bertembung. Juan de Fuca, sebuah pinggan lautan kecil, sedang dipandu di bawah pinggan Amerika Utara, yang terletak di benua AS.

Plat Juan de Fuca memenuhi plat Amerika Utara di bawah kesalahan Cascadia. Imej melalui USGS.

Sistem subduksi - di mana satu plat tektonik meluncur ke atas yang lain - mampu menghasilkan gempa bumi yang paling terkenal di dunia. Contoh utama ialah gempa bumi Tohoku 2011 yang menggegarkan Jepun.

Cascadia seismically sangat senyap berbanding zon subduksi lain - tetapi ia tidak sepenuhnya tidak aktif. Penyelidikan menunjukkan kesalahan pecah dalam peristiwa magnitud 9.0 pada tahun 1700. Itu kira-kira 30 kali lebih kuat daripada gempa bumi San Andreas yang diramalkan. Penyelidik mencadangkan bahawa kita berada dalam kira-kira 300 hingga 500 tahun di mana satu lagi peristiwa Cascadia yang besar akan berlaku.

Ramai peristiwa yang kurang teruk dan tidak sekata berlaku di Cascadia utara dan selatan setiap tahun. Walau bagaimanapun, di pusat Cascadia, yang mendasari sebahagian besar Oregon, terdapat sedikit kegilaan. Mengapa kesilapan yang sama bertindak berbeza di rantau yang berbeza?

Sepanjang dekad yang lalu, saintis telah membuat beberapa pemerhatian tambahan yang menyerlahkan variasi sepanjang kesalahan.

Kita ada kaitan dengan penguncian plat, yang memberitahu kita di mana tekanan terkumpul sepanjang kesalahan. Jika plat tektonik terkunci - iaitu, benar-benar tersekat dan tidak dapat bergerak melepuh antara satu sama lain - membina tekanan. Akhirnya tekanan itu dapat dikeluarkan dengan cepat sebagai gempa bumi, dengan magnitud bergantung pada seberapa besar patch kesalahan yang pecah.

Geosensor GPS di Washington. Imej melalui Bdelisle.

Ahli geologi baru-baru ini dapat mengerahkan beratus-ratus monitor GPS di seluruh Cascadia untuk mencatat kecacatan tanah yang halus yang disebabkan oleh ketidakupayaan plat untuk meluncur satu sama lain. Sama seperti seismicity bersejarah, penguncian plat lebih biasa di bahagian utara dan selatan Cascadia.

Ahli geologi juga kini dapat memerhatikan sukar untuk mengesan gegaran seismik yang dikenali sebagai gegaran. Peristiwa-peristiwa ini berlaku sepanjang tempoh beberapa minit sehingga minggu, mengambil masa lebih lama daripada gempa bumi yang tipikal. Mereka tidak menyebabkan gerakan tanah besar walaupun mereka boleh melepaskan sejumlah besar tenaga. Penyelidik hanya dapat menemui isyarat ini dalam 15 tahun yang lalu, tetapi stesen seismik kekal telah membantu membina katalog acara yang mantap. Gegaran juga kelihatan lebih tertumpu di sepanjang bahagian utara dan selatan kesalahan.

Apa yang akan menyebabkan keadaan ini, dengan kawasan di bawah Oregon agak kurang aktif dengan semua langkah ini? Untuk menerangkan, kita perlu melihat jauh, lebih kurang 100 kilometer (60 batu) di bawah permukaan, ke dalam jubah bumi.

Titik hijau dan segitiga biru menunjukkan lokasi stesen pengawasan seismik. Imej melalui Bodmer et al., 2018, Surat Penyelidikan Geofizik.

Mengimei Bumi menggunakan gempa jauh

Doktor menggunakan gelombang elektromagnetik untuk "melihat" struktur dalaman seperti tulang tanpa perlu membuka pesakit manusia untuk melihatnya secara langsung. Ahli geologi imej Bumi dengan cara yang sama. Daripada sinar-X, kita menggunakan tenaga seismik yang memancar dari magnitud yang jauh 6.0-plus gempa bumi untuk membantu kita melihat ciri-ciri yang secara fizikal kita tidak dapat. Tenaga ini bergerak seperti gelombang bunyi melalui struktur Bumi. Apabila batu lebih panas atau sebahagiannya cair oleh walaupun jumlah kecil, gelombang seismik perlahan. Dengan mengukur masa ketibaan gelombang seismik, kami mencipta imej 3-D yang memperlihatkan seberapa pantas atau memperlambat gelombang seismik bergerak melalui bahagian-bahagian tertentu Bumi.

Seismometer bawah laut menunggu untuk digunakan semasa Inisiatif Cascadia. Imej melalui Emilie Hooft.

Untuk melihat isyarat ini, kami memerlukan rekod dari stesen pengawasan seismik. Lebih banyak sensor memberikan resolusi yang lebih baik dan imej yang lebih jelas - tetapi mengumpulkan lebih banyak data boleh menjadi masalah ketika setengah kawasan yang anda minati adalah di bawah air. Untuk menangani cabaran ini, kami adalah sebahagian daripada pasukan saintis yang menggunakan beratus-ratus seismometer di dasar lautan dari AS barat dalam tempoh empat tahun, bermula pada tahun 2011. Eksperimen ini, Inisiatif Cascadia, adalah yang pertama untuk diliputi satu plat tektonik keseluruhan dengan instrumen pada jarak kira-kira 30 batu (50 km).

Apa yang kami dapati adalah dua kawasan anomali di bawah kesalahan di mana gelombang seismik bergerak lebih perlahan daripada yang dijangkakan. Anomali ini adalah besar, kira-kira 90 batu (150 km) diameter, dan muncul di bawah bahagian utara dan selatan kesalahan. Ingatlah, di sinilah penyelidik telah melihat aktiviti meningkat: seismicity. Menariknya, anomali tidak hadir di bawah bahagian tengah kesalahan, di bawah Oregon, di mana kita melihat penurunan aktiviti.

Kawasan di mana gelombang seismik bergerak lebih perlahan, secara purata, adalah redder, manakala kawasan di mana mereka bergerak dengan lebih cepat adalah lebih bluer. Kawasan anomali yang lebih perlahan 90 batu (150 km) di bawah permukaan Earth corresponds ke mana plat bertabrakan lebih terkunci dan di mana gegaran lebih umum. Imej melalui Bodmer et al., 2018, Surat Penyelidikan Geofizik.

Jadi apa sebenarnya anomali ini?

Plat tektonik terapung di lapisan lapisan mantap Bumi. Di mana mantel perlahan-lahan meningkat selama berjuta-juta tahun, batu itu berkompromi. Oleh kerana itu pada suhu yang tinggi, hampir 1500 darjah Celcius (2700 F) pada kedalaman 100 km (60 mil), ia boleh mencairkan sedikit sekali.

Perubahan fizikal ini menyebabkan kawasan-kawasan anomali lebih melegakan batu panas yang cair kurang padat daripada batu sejuk padu. Itulah kemanjuran ini yang kami percaya akan mempengaruhi bagaimana kesalahan di atas berkelakuan. Kawasan panas, lebur sebahagiannya menaik ke atas pada apa yang di atas, sama seperti bagaimana belon helium mungkin naik ke atas lembaran yang terbungkus padanya. Kami percaya ini meningkatkan daya antara kedua-dua plat, menyebabkan mereka menjadi lebih kuat dan lebih terkunci.

Ramalan umum untuk di mana, tetapi tidak bila

Keputusan kami memberikan pandangan baru tentang bagaimana zon subduksi ini, dan mungkin orang lain, bertindak atas jangka masa geologi berjuta-juta tahun. Malangnya, keputusan kami tidak dapat diramalkan apabila gempa megetrasa besar Cascadia berikutnya akan berlaku. Ini memerlukan lebih banyak penyelidikan dan pemantauan aktif padat zon subduksi, baik di darat dan luar pesisir, menggunakan stesen seismik dan GPS untuk menangkap fenomena jangka pendek.

Kerja kami mencadangkan bahawa peristiwa besar lebih cenderung bermula di bahagian utara atau selatan kesilapan, di mana plat lebih terkunci sepenuhnya, dan memberikan alasan yang mungkin mengapa ia mungkin berlaku.

Ia tetap penting bagi orang awam dan penggubal dasar supaya sentiasa mengetahui mengenai potensi risiko yang terlibat dalam bersekongkol dengan kesalahan zon subduksi dan untuk menyokong program-program seperti Peringatan Awal Gempa Bumi yang berusaha untuk mengembangkan kemampuan pemantauan dan mengurangkan kerugian sekiranya berlaku pecah besar.

Miles Bodmer, Ph.D. Pelajar dalam Sains Bumi, University of Oregon dan Doug Toomey, Profesor Sains Bumi, University of Oregon

Artikel ini diterbitkan semula dari Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Baca artikel asal.

Bottom line: Bahagian-bahagian Barat Laut Pasifik kesalahan Cascadia lebih aktif secara seismik daripada yang lain. Data pengimejan mencadangkan mengapa.