Новое исследование массивного надвига предполагает, что следующее большое землетрясение может быть неизбежным

Крупномасштабные землетрясения и цунами исторически затрагивали западные регионы США и Канады, и это воздействие, вероятно, продолжится и в будущем.

У южных берегов Британской Колумбии, Вашингтона, Орегона и северной Калифорнии есть полоса длиной 600 миль, где дно Тихого океана постепенно опускается на восток под Северную Америку.

В этой области, называемой зоной субдукции Каскадия, находится массивный разлом, в котором тектонические плиты очень опасно движутся друг против друга. Плиты могут периодически разрушаться и создавать напряжения на больших площадях – только для того, чтобы в конечном итоге освободиться, когда они, наконец, соприкоснутся друг с другом.

Результат: величайшие землетрясения в мире, сотрясающие морское дно и сушу, порождающие волны цунами высотой 100 футов и более. Подобный разлом у берегов Японии стал причиной ядерной катастрофы на Фукусиме в 2011 году. Подобные районы существуют и у Аляски, и в Чили, и в Новой Зеландии, а также в других местах. Считается, что в Каскадии сильные землетрясения происходят примерно каждые 500 лет, плюс-минус чуть больше. Последнее землетрясение произошло в 1700 году.

Научные достижения в понимании сейсмической активности

Ученые уже давно работают над пониманием подземной инфраструктуры и механики Каскадии, чтобы определить, какие места наиболее уязвимы для землетрясений, насколько велики эти места и какие предупреждающие знаки они могут производить. Не существует такого понятия, как предсказание землетрясения; Скорее, ученые пытаются предсказать вероятности нескольких сценариев, надеясь помочь властям разработать строительные нормы и правила и системы предупреждения, чтобы минимизировать ущерб, когда что-то произойдет.

Недавно опубликованное исследование обещает значительно расширить эти усилия. Исследовательское судно, буксирующее множество современных геофизических инструментов почти по всей территории, произвело первое комплексное исследование множества сложных структур под морским дном. Эти структуры включают геометрию погружающейся океанической плиты и вышележащих отложений, а также состав Северо-Американской плиты. Исследование было недавно опубликовано в журнале Научный прогресс.

«Модели, используемые в настоящее время государственными агентствами, были основаны на ограниченном наборе старых, некачественных данных, относящихся к 1980-м годам», — сказала Сьюзан Карбут, морской геофизик из Гарвардского университета. Колумбийский университетДоктор Джон Ламонт Доэрти, директор Гарвардской обсерватории Земли, руководивший исследованием, сказал: «Мощная сила тяги имеет более сложную геометрию, чем предполагалось ранее. Исследование обеспечивает новую основу для оценки опасности землетрясений и цунами».

Данные были собраны при финансовой поддержке Национального научного фонда США во время 41-дневного круиза в 2021 году исследовательского корабля Ламонта «Маркус Г. Лангсет». Исследователи на борту корабля проникли на морское дно мощными звуковыми импульсами и считывали эхо, которое затем преобразулось в изображения, подобно тому, как врачи создают внутренние сканирования человеческого тела.

Новое понимание подразделения разломов и опасности цунами

Среди их ключевых выводов: зона меганадвигового разлома представляет собой не просто одну непрерывную структуру, а разделена как минимум на четыре части, каждая из которых в некоторой степени изолирована от движений других. Ученые уже давно спорят о том, привели ли прошлые события, включая землетрясение 1700 года, к разрушению всего региона или только его части. Это ключевой вопрос, поскольку чем дольше длится разрыв, тем сильнее землетрясение.

Данные показывают, что части разделены погребенными структурами, включая крупные разломы, где противоположные стороны скользят друг против друга перпендикулярно берегу. Это может помочь предотвратить перемещение одной части на другую. «Мы не можем сказать, что это определенно означает, что сломаются только отдельные части или что все сломается сразу», — сказал Гарольд Тобин, геофизик из Массачусетского технологического института. Вашингтонский университет «Но это усиливает доказательства фрагментарных разрывов».

На снимках также указаны причины такого разделения: твердый край Северо-Американской континентальной плиты состоит из множества различных типов пород, образовавшихся в разное время на протяжении десятков миллионов лет, причем некоторые из них более плотные, чем другие. Это разнообразие континентальных пород заставляет приближающуюся, более гибкую океаническую плиту изгибаться и скручиваться, чтобы приспособиться к разнице давления над ней. В некоторых местах участки наклонены под относительно крутыми углами, а в других — пологими.

Исследователи сосредоточились, в частности, на одном участке, который проходит от южного острова Ванкувер вдоль штата Вашингтон и заканчивается примерно на границе с Орегоном. Подземная топография других частей относительно неровная, с океаническими особенностями, такими как разломы и погружающиеся подводные горы, трущимися о верхнюю плиту – особенностями, которые могут разрушить верхнюю плиту и ограничить степень распространения любого землетрясения внутри секции, тем самым ограничивая магнитуду. землетрясения. Напротив, участок от Ванкувера до Вашингтона совершенно гладкий. Это означает, что с большей вероятностью он порвется сразу по всей длине, что сделает его наиболее опасным участком.

Текущие исследования и их последствия для региональной целостности

Также в этой части морское дно погружается под континентальную кору под относительно небольшим углом по сравнению с другими частями. В других частях большая часть сейсмоопасной границы между плитами находится в море, но здесь исследование показало, что небольшой угол субдукции означает, что она, вероятно, простирается прямо под Олимпийский полуостров Вашингтона. Это может усилить любое сотрясение земли. «Это требует тщательного изучения, но для таких мест, как Такома и Сиэтл, это может означать разницу между тревогой и катастрофой», — сказал Тобин.

При финансовой поддержке Геологической службы США консорциум государственных и федеральных агентств и академических учреждений изучает данные с момента их появления, чтобы разобраться в их последствиях.

Что касается риска цунами, то над этим «все еще работают», говорит Келлин Ванг, научный сотрудник Геологической службы Канады, который не принимал участия в исследовании. Группа Ванга использует данные для моделирования особенностей морского дна у острова Ванкувер, которые могут вызвать цунами. (Как правило, цунами возникает, когда глубоководное морское дно поднимается или опускается во время землетрясения, посылая на поверхность волну, которая концентрирует свою энергию и набирает высоту по мере достижения мелководных прибрежных вод.) Ван сказал, что его результаты будут переданы другой группе, моделирующей сами волны цунами, а затем другой группе, анализирующей риски на местах.

Исследователи говорят, что практические оценки, которые могут повлиять на строительные нормы и правила или другие аспекты готовности, могут быть опубликованы уже в следующем году. «Здесь гораздо больше сложностей, чем предполагалось ранее», — сказал Карбот.

Ссылка: «Субдуцированная структура плит и массивная морфология надвигов по данным глубоких сейсмических изображений, связанных с сегментацией землетрясений в Каскадии», Сьюзен М. Карбот, Брайан Бостон, Шушу Хан, Брэндон Шок, Джеффри Биссон, Дж. Пабло Каналес, Гарольд Тобин, Нэйтан Миллер, Младен Недимович, Анна Трехо, Мишель Ли, Мадлен Лукас, Ханшао Цзянь, Даньци Цзян, Лиам Мозер, Крис Андерсон и Даррен Гуд, Хайме Фернандес, Чак Кэмпбелл, Антара Госвами и Раджендра Джалават, 7 июня 2024 г., Научный прогресс.
DOI: 10.1126/sciadv.adl3198.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом США.