Lipcowe trzęsienie ziemi w Chile w 2024 r. było momentem, który zmusił naukowców do zweryfikowania dotychczasowych założeń. To zdarzenie sejsmiczne pokazało, że nasze rozumienie sił tektonicznych może być znacznie bardziej niekompletne, niż sądziliśmy.
Kiedy wstrząsy o magnitudzie 7,4 nawiedziły Calamę, naukowców zdumiała nietypowa głębokość epicentrum wynosząca 125 km. W takich warstwach zwykle dochodzi do znacznie słabszych wstrząsów, co od razu wzbudziło podejrzenia, że mamy do czynienia z czymś wyjątkowym. Pojawiło się pytanie: dlaczego to konkretne trzęsienie okazało się tak destrukcyjne?
Trzęsienie ziemi w Chile z zaskakującym mechanizmem
Odpowiedź przyszła od zespołu badawczego z University of Texas w Austin i University of Chile, którego praca opublikowana w Nature Communications rzuca nowe światło na mechanizmy sejsmiczne. Dotychczas obowiązująca teoria zakładała, że trzęsienia na średnich głębokościach działają wyłącznie w oparciu o mechanizm kruchości wskutek odwodnienia. Proces ten polega na uwalnianiu się wody uwięzionej w skałach pod wpływem ciśnienia, co osłabia strukturę geologiczną. Problem w tym, że ten mechanizm przestaje funkcjonować przy temperaturach przekraczających 650oC.
Czytaj też: Trzęsienie ziemi jak w slow motion. Czujniki wykryły niecodzienny fenomen
Tymczasem trzęsienie w Calamie wyraźnie złamało te zasady. Pęknięcie rozciągnęło się na dodatkowe 50 km w głąb, docierając do stref o temperaturach sięgających nawet 1000oC. Jak to w ogóle możliwe? Zhe Jia, główny autor badania, przyznaje:
To pierwszy raz, kiedy zaobserwowaliśmy trzęsienie ziemi na średniej głębokości, które łamie założenia, pękając ze strefy zimnej w naprawdę gorącą i poruszając się ze znacznie większymi prędkościami.
Wyjaśnienie tego fenomenu kryje się w nowo odkrytym mechanizmie, który badacze nazwali ucieczką termiczną. Mechanizm ten polega na tym, że ogromne tarcie z początkowego poślizgu generuje tak intensywne ciepło na czole pęknięcia, że dodatkowo osłabia materiał i napędza pęknięcie do przodu – niczym efekt domina, ale w skali geologicznej.
Analiza danych sejsmicznych ujawniła niezwykłą charakterystykę chilijskiego trzęsienia. Składało się ono z pięciu różnych subzdarzeń, które propagowały pionowo na wschód przez około 20 s. Całkowita długość pęknięcia wyniosła 78 km, przy średniej prędkości 4,2 km/s, co stanowi aż 93 proc. lokalnej prędkości fali ścinającej.
Co ciekawe, poszczególne fazy trzęsienia znacznie się od siebie różniły. Wcześniejsze, płytsze subzdarzenia odpowiadały zaledwie za 20 proc. całkowitego uwolnienia energii sejsmicznej, ale charakteryzowały się wysoką gęstością wstrząsów wtórnych. Późniejsze, głębsze subzdarzenia wniosły aż 80 proc. momentu sejsmicznego, przy znacznie mniejszej liczbie następstw.
Skutki były odczuwalne na ogromnym obszarze. Dane z systemu Global Navigation Satellite System zarejestrowały przemieszczenia horyzontalne około 1 cm w odległości ponad 250 km od epicentrum oraz osiadanie gruntu o 20 cm bezpośrednio nad pęknięciem.
Odkrycie było możliwe dzięki zaawansowanej infrastrukturze badawczej w Chile. Kraj ten, szczególnie narażony na aktywność sejsmiczną, dysponuje gęstą siecią sejsmometrów i stacji geodezyjnych do monitorowania ruchów skorupy ziemskiej.
Thorsten Becker, współautor badania, wyjaśnia:
Fakt, że kolejne duże trzęsienie ziemi w Chile jest “przeterminowane”, zmotywował badania trzęsień ziemi oraz rozmieszczenie wielu sejsmometrów i stacji geodezyjnych do monitorowania trzęsień ziemi i deformacji skorupy ziemskiej w regionie.
Badacze wykorzystali kombinację danych sejsmicznych, pomiarów GPS oraz zaawansowanych symulacji komputerowych. To połączenie różnych metodologii pozwoliło na precyzyjne odtworzenie przebiegu trzęsienia i zidentyfikowanie momentu przejścia między mechanizmami.
Chile ma szczególne doświadczenia z niszczycielskimi trzęsieniami ziemi. W 1960 roku kraj nawiedziło najpotężniejsze w historii trzęsienie o magnitudzie 9,5, które spowodowało tsunami i śmierć 1000-6000 osób. To doświadczenie historyczne sprawia, że chilijscy naukowcy podchodzą do badań sejsmicznych z wyjątkową determinacją.
Odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla bezpieczeństwa publicznego na całym świecie. Dotychczas naukowcy zakładali, że wysokotemperaturowe regiony płyt tektonicznych są względnie bezpieczne – asejsmiczne. Nowe badania pokazują, że mogą one zostać dynamicznie aktywowane podczas dużych zdarzeń sejsmicznych.
Zhe Jia przestrzega:
Te chilijskie zdarzenia powodują silniejsze wstrząsy, niż jest to normalnie oczekiwane od trzęsień ziemi na średniej głębokości, i mogą być dość niszczycielskie.
Konsekwencje sięgają daleko poza Chile. Strefy subdukcji, gdzie jedna płyta tektoniczna wpycha się pod drugą, występują na całym świecie – od Japonii przez Indonezję po zachodnią Amerykę Południową. Wszystkie te regiony mogą wymagać ponownej oceny maksymalnych możliwych magnitud trzęsień ziemi.