O nouă cercetare asupra cutremurului Tohoku-Oki cu magnitudinea 9.0 explorează intersecția dintre știința Pământului, proprietățile materialelor și tehnicile avansate de modelare. Prin combinarea aspectelor acestor domenii științifice, Ehsan Jamali Hondori și Parcul Jin-Oh de la Universitatea din Tokyo au reușit să identifice rolul jucat de sedimentele submarine în acest cutremur mortal, care a lovit Japonia în 2011. De asemenea, cercetarea ar putea ajuta la identificarea defectelor care ar fi predispuse la cutremure similare în viitor.
Lucrarea duo-ului s-a concentrat pe o falie de împingere la granița plăcii superficiale, cunoscută și sub denumirea de decolteu, care este o zonă foarte superficială și instabilă a activității tectonice. Această falie este poziționată în raport cu zona de subducție a șanțului Japoniei de pe coasta de est a Japoniei, iar ruptura ei a dus la perturbarea fundului mării care a creat valurile de tsunami asociate cutremurului Tohoku-Oki. Această interpretare pe scară largă este bine acceptată; cu toate acestea, ceea ce necesită investigații suplimentare este stabilitatea sedimentelor subiacente (particule stratificate care nu au devenit încă rocă solidă) care ar fi putut afecta propagarea ruperii falii.
Jamali Hondori și Park au studiat această stabilitate folosind imagini seismice 2D, urmate de un calcul al presiunii porilor-fluid al sedimentelor de la decolteu. Imaginile seismice permit o reconstrucție a structurilor geologice, iar presiunea porilor-fluid descrie comportamentul particulelor de sedimente, deoarece sunt supuse unei sarcini de înaltă presiune venită din ocean deasupra decolteului.
Datele seismice și datele porilor-fluid au fost colectate separat, cu datele seismice sub forma unei seismograme, iar datele porilor-fluid au fost reprezentate în funcție de forfecarea și distanța de la șanț.
Jackpot de date
Epicentrul cutremurului a fost situat remarcabil de aproape de situl 2E, care este o locație de sondaj dintr-un studiu anterior. Cu această poziționare excelentă în raport cu decolteu, Jamali Hondori și Park au ajuns la marele premiu atunci când vine vorba de imagini de adâncime seismică.
Imaginile seismice de adâncime ale decolteului au relevat formarea unei prisme de acreție. Aceasta este o colecție de sedimente deplasate care au fost dragate și împinse de mișcările tectonice ale regiunii. Măsurarea vitezelor relative ale undelor seismice prin aceste structuri sedimentare a permis celor doi să concluzioneze că presiunea porilor-fluid a sedimentelor a dus la destabilizare, care, la rândul său, a dus la activitate seismică în apropierea sitului 2E.
Cercetarea face o legătură importantă între cauza cutremurului și modul în care fluidul se scurge din sedimente. Aceasta a fost evaluată prin calcularea unui „raport de suprapresiune a fluidului”, care cuantifică drenajul și cantitatea de fluid încă prezentă în sedimente. Jamali Hondori și Park au arătat că sub situl 2E, există o cale de drenaj activă. Ca rezultat, infiltrarea fluidului din sedimente are ca rezultat condiții de presiune mai scăzută a porilor în această zonă. La decolteu, totuși, fluidul de pori foarte presurizat este prins în sedimentele impermeabile. Acest lucru determină instabilitatea defectului și scăderea frecării, ceea ce favorizează propagarea rupturii.
Sedimente instabile
Pe scurt, încărcarea tectonică și presurizarea termică a sedimentelor pe măsură ce se deplasează de-a lungul substratului lor este probabil vinovat pentru ruptura neașteptat de mare de falie a cutremurului Tohoku-Oki. Cu alte cuvinte, cutremurul Tohoku-Oki a fost cauzat de presiunea hidrostatică a oceanului care se abate asupra sedimentelor. Acest lucru a destabilizat în cele din urmă sedimentele la scară microscopică, creând astfel o mișcare tectonică la scară largă.
Dacă presiunea porilor-fluid și presiunea hidrostatică sunt egale ca mărime, nu ar fi existat nicio încărcare seismică. În schimb, disparitatea dintre cele două este cauza alunecării coseismice mari în timpul cutremurului, unde coseismic se referă la un eveniment mecanic care coincide cu activitatea seismică.
Cercetătorii au analizat forfecarea și tensiunea efectivă verticală la locul defectului, în plus față de raportul dintre efortul efectiv vertical calculat și așteptat - pe care duoul îl descriu ca un raport efectiv al tensiunii. Această analiză a dezvăluit tendința defectului pentru alunecare și ruptură coseismică, unde un raport de stres efectiv scăzut a dus atât la alunecarea defectului, cât și la tsunami-ul asociat.
Deplasare orizontală
Atenuarea undelor sugerează natura astenosferei Pământului
În cele din urmă, Jamali Hondori și Park au ajuns la concluzia că modelele complexe de rupere la falie au creat condiții în care presiunea fluidă a porilor a fost esențială în dictarea nivelurilor de forfecare. Drept urmare, cercetătorii subliniază că o deplasare orizontală proporțională cu fluctuațiile stabilității sedimentelor a provocat acest cutremur masiv.
Această cercetare are, de asemenea, implicații pentru înțelegerea noastră a erorilor de împingere a decolteului, ilustrând importanța proprietăților sedimentului de sub falie. Ar putea fi posibil să se studieze profilul sedimentelor unei anumite falii și să se prezică cutremure puternice înainte ca acestea să apară. Capacitatea de a prognoza pericolele determinate de natură ar fi de neprețuit pentru oamenii care trăiesc pe litoral, mai ales că schimbările climatice determină frecvența dezastrelor naturale din ce în ce mai grave.
Cercetarea este descrisă în Rapoarte științifice.
