Niedawne trzęsienie ziemi w New Jersey wykazało niezwykłą aktywność sejsmiczną i wzorce wstrząsów, wpływając na obszary znacznie dalej, niż oczekiwano. Badania wskazują, że stało się to na niezmapowanym uskoku, co podważa istniejące modele ryzyka trzęsienia ziemi w regionie.
5 kwietnia 2024 r. trzęsienie ziemi o sile 4,8 w skali Richtera nawiedziło miasteczko Tewksbury w północnym New Jersey, wywołując powszechny alarm. Chociaż w regionie czasami występują niewielkie wstrząsy, było to największe od 1884 r., kiedy pod dnem morskim u wybrzeży Brooklynu doszło do trzęsienia ziemi o sile około 5 stopni w skali Richtera.
Według istniejących modeli trzęsienie ziemi powinno było spowodować znaczne zniszczenia w epicentrum, a mimo to pozostało w dużej mierze nietknięte. Natomiast stosunkowo odległy Nowy Jork trząsł się znacznie mocniej, niż oczekiwano, powodując niewielkie szkody. Ogromne wstrząsy rozciągały się aż do Wirginii i Maine. Niedawne badanie sugeruje, dlaczego tak się stało, podważając istniejące założenia dotyczące regionalnego zagrożenia trzęsieniem ziemi.
„Zaobserwowano pewne dziwne zachowanie” – powiedział współautor badania Won-Young Kim z Columbia Climate School Obserwatorium Ziemi Lamonta-Doherty’ego
Chociaż stopień 4,8 nie jest poważnym trzęsieniem w skali globalnej, mieszkańcy bardzo zaludnionej północno-wschodniej części Stanów Zjednoczonych nie są przyzwyczajeni do tak dużych trzęsień. US Geological Survey (USGS) szacuje, że odczuło to około 42 miliony ludzi; USGS portalu internetowego że pochodzące z crowdsourcingu pierwszoosobowe raporty dotyczące wstrząsów otrzymały prawie 184 000 wpisów – to najwięcej w historii ze wszystkich trzęsień ziemi w USA, według papier towarzyszący o wydarzeniu. Obydwa artykuły ukazały się niedawno w czasopiśmie Rekord sejsmiczny.
Zaskakujące odkrycia w epicentrum
Kilka godzin po trzęsieniu Kim i jego współpracownicy udali się do epicentrum, aby zbadać sytuację. „Spodziewaliśmy się uszkodzeń mienia – powalonych kominów, pęknięć ścian i odpadających tynków, ale nie było żadnych wyraźnych oznak” – powiedział Kim. „Rozmawialiśmy z policjantami, ale nie byli tym zbyt zachwyceni. Jakby nic się nie stało. To była zaskakująca reakcja na trzęsienie ziemi o sile 4,8 w skali Richtera”.
Ruch powierzchniowy generowany przez trzęsienia ziemi jest mierzony na Zmodyfikowana skala intensywności Mercalliego. Na podstawie wielkości, głębokości trzęsienia (dość płytkie 5 km lub 2,9 mil) i geologii obszaru, istniejące modele zakładają, że 10-kilometrowy obszar wokół epicentrum powinien powodować wstrząsy o intensywności VII w tej skali, określane jako „bardzo mocny.” Większość dobrze zaprojektowanych i zbudowanych konstrukcji prawdopodobnie przetrwałaby bez większych uszkodzeń, ale inne, o mniejszej konstrukcji lub materiałach, mogą się zawalić, zwłaszcza niewzmocnione ściany murowane i kominy.
Jednakże nikt w epicentrum ani w jego pobliżu nie zgłosił wstrząsów o intensywności VII ani niczego podobnego. Uszkodzenia ograniczały się do drobnych pęknięć w niektórych płytach gipsowo-kartonowych i kilku przedmiotów strąconych z półek. Jedyny wyjątek: rozpadający się już młyn zbożowy zbudowany w latach sześćdziesiątych XVIII wieku z niezbrojonego kamienia i już w dużej mierze wrak. Około 5,5 mil od epicentrum runęła część fasady młyna.
Ocena regionalnych wzorców trzęsień ziemi
Zwykle trzęsienie ziemi zanika w mniej lub bardziej symetrycznym układzie oka byka od źródła. Ale tak się nie stało; silniejsze niż oczekiwano wstrząsy rozciągały się daleko, głównie na północnym wschodzie i, w mniejszym stopniu, w innych kierunkach.
W Newark w stanie New Jersey, około 20 mil od epicentrum, częściowo zawaliły się trzy domy szeregowe, a dziesiątki osób trzeba było ewakuować. Mieszkańcy Nowego Jorku, oddalonego o 40 lub 50 mil, zgłosili ruch o intensywności IV, z utrzymującymi się wibracjami okien, drzwi i ścian. Ponad 150 budynków zgłosił drobne uszkodzeniagłównie powierzchowne pęknięcia muru.
Jednakże inspektorzy nakazali dwóm budynkom na Bronksie wzniesienie szop ochronnych na chodnikach, gdy na ich fasadach pojawiły się pęknięcia, a szkoła publiczna na Brooklynie musiała zamknąć siłownię do napraw z powodu pionowych, schodkowych pęknięć wzdłuż ściany wewnętrznej. Wyciekły linie gazowe i wodne aż do dolnej części doliny Hudson i na Long Island przód czyjegoś jeepa wpadł do nagle otwartego zapadliska. Nawet mieszkańcy części New Hampshire, oddalonej o około 400 km, zgłaszali drżenie o intensywności III, podobne do drgań przejeżdżającej dużej ciężarówki.
Spostrzeżenia geologiczne i analiza uskoków
Aby zrozumieć, co się stało, Kim i współpracownicy z Narodowego Uniwersytetu w Seulu w Korei Południowej przeanalizowali tak zwane fale Lg. Są to rodzaj fal energii o niskiej częstotliwości, które odbijają się tam i z powrotem pomiędzy powierzchnią Ziemi a jej powierzchnią Moho– granica pomiędzy skorupą ziemską a płaszczem, która w tym obszarze przebiega na głębokości około 35 kilometrów. Analiza sugeruje, że trzęsienie miało miejsce na wcześniej niezmapowanym uskoku, który biegnie z południa na północ. Usterka nie jest pionowa, lecz opada w kierunku wschodnim w stronę Ziemi pod kątem około 45 stopni.
Według analizy ruch był szybki i złożony — stanowiła kołowa kombinacja dwóch stron uskoku, które przesuwały się poziomo względem siebie (tzw. ruch ślizgowy), a jedna strona również przesuwała się w górę i nad drugą (tzw. pchnięcie). Gdy pęknięcie się rozpoczęło, rozprzestrzeniło się poziomo na północ. Zwykle znaczna część energii powstałej w wyniku takiego trzęsienia przemieszcza się po linii najmniejszego oporu – to znaczy prosto w górę, na powierzchnię, gdzie nacisk na skałę jest najmniejszy. To właśnie sprawia, że epicentrum jest najbardziej niebezpiecznym miejscem.
W tym przypadku tak nie było – twierdzą naukowcy. Zamiast tego większość energii skierowała się w dół, wzdłuż uskoku, i trwała dalej, aż uderzyła w Moho. Potem odbił się, wyłaniając się między innymi pod Nowym Jorkiem, co było dokładnie na jego drodze. Następnie fala odbiła się i pojawiła ponownie dalej w Nowej Anglii, nieco słabsza itd., aż do wygaśnięcia. Echa na duże odległości zostały prawdopodobnie wzmocnione przez fakt, że większość skał leżących pod tym regionem jest twarda i gęsta oraz skutecznie przewodzi energię, niczym bicie dzwonu.
Historyczna perspektywa aktywności sejsmicznej
Na obszarze od Filadelfii po południowo-zachodnie Connecticut od XVII wieku do chwili obecnej odnotowano około 500 znanych trzęsień ziemi, ale wiele innych prawie na pewno przeszło niezauważonych, zanim pojawiły się nowoczesne instrumenty sejsmiczne. Większość z nich jest tak słaba, że niewielu ludzi, jeśli w ogóle, je odczuwa, a zdecydowana większość innych trzęsień była nieszkodliwa. Jednak zagrożenie może być większe, niż wcześniej sądzono, według wcześniejszego artykułu kierowany przez sejsmologa Lamonta-Doherty’ego Lynna Sykesa.
Ponowna ocena długoterminowego ryzyka sejsmicznego
Trzęsienia te nie są spowodowane ciągłymi ruchami gigantycznych płyt tektonicznych, jak te w znacznie bardziej niebezpiecznych miejscach, takich jak Kalifornia. Pochodzą raczej ze starożytnych stref uskoków sprzed 200 milionów lat, kiedy to, co obecnie stanowi Europę, oderwało się od dzisiejszej Ameryki Północnej, rozsadzając powierzchnię ziemi potężnymi trzęsieniami ziemi. Niektóre z tych kruchych stref wciąż się osiedlają i dostosowują, a czasami niektóre z nich poruszają się z wstrząsem.
Z krótkich zapisów historycznych wynika, że trzęsienia ziemi o wielkości kwietniowej lub nieco większe zdarzają się mniej więcej co 100 lat. Jednak w oparciu o rozmiary znanych usterek i inne obliczenia Sykes i in. zasugerowali, że obszar ten może widzieć jasność 6 magnitudo co 700 lat i jasność 7 magnitudo co 3400 lat. Skala magnitudo jest wykładnicza, więc wielkość 6 jest 10 razy silniejsza niż wielkość 5, podczas gdy wielkość 7 jest 100 razy silniejsza niż wielkość 5. Nikt nie wie, czy takie trzęsienia miały miejsce w czasie ludzkim i czy mogłyby mieć miejsce, ale gdyby tak było, , byłoby to katastrofalne.
Bieżące badania i przyszłe implikacje
Trzęsienie ziemi z 5 kwietnia zapoczątkowało falę nowych badań. We współpracy z USGS i innymi badaczami Kim pomógł umieścić tymczasową sieć kilkudziesięciu sejsmometrów w pobliżu epicentrum w celu monitorowania wstrząsów wtórnych, które trwały tygodniami. Sygnały te są wykorzystywane do lepszego mapowania różnych szczegółów trzęsienia i uskoków w okolicy.
Geolog strukturalny Lamont-Doherty Folarin Kolawole i współpracownicy mapowanie licznych pęknięć podłoża skalnego w pobliżu epicentrum spowodowane przez przeszłe trzęsienia ziemi o nieokreślonym wieku. Mogą one mieć miliony lat, mówi Kolawole, ale mogą również wskazywać na obecne, niezmapowane strefy słabości czające się poniżej.
Tymczasem geolog z Lamont-Doherty, William Menke, pracuje nad tym udokumentować możliwe prehistoryczne trzęsienia ziemi w niedawnej przeszłości. Park stanowy Harriman w Nowym Jorku, tuż za granicą z New Jersey, jest usiany gigantycznymi głazami, które spadły na powierzchnię, gdy stopiły się lodowce z ostatniej epoki lodowcowej, jakieś 15 000–20 000 lat temu. Wiele z nich jest niepewnie zrównoważonych w swoich pierwotnych pozycjach. Hipoteza Menke: jeśli potrafi obliczyć siłę trzęsienia ziemi, która byłaby potrzebna do przewrócenia się głazów, może wykluczyć trzęsienie ziemi o tej wielkości, przynajmniej w tym okresie.
Kim powiedział, że nowe badanie sugeruje potrzebę ponownej oceny sposobu, w jaki wstrząsy powstałe w wyniku przyszłego dużego trzęsienia ziemi mogą rozłożyć się w całym regionie. „Niektóre, nawet nie tak duże, mogłyby skupić energię na skupiskach ludności. Jeśli [the April] trzęsienie ziemi byłoby tylko trochę silniejsze lub trochę bliżej Nowego Jorku, skutki byłyby znacznie większe” – powiedział. „Musimy zrozumieć to zjawisko i jego konsekwencje dla przewidywania ruchu gruntu”.
Odniesienie: „Model pęknięcia trzęsienia ziemi w Tewksbury, New Jersey z 5 kwietnia 2024 r. na podstawie danych regionalnych fal Lg” autorstwa Sangwoo Han, Won-Young Kim, Jun Yong Park, Min-Seong Seo i YoungHee Kim, 18 września 2024 r., Rekord sejsmiczny.
DOI: 10.1785/0320240020
