Naukowcy przeanalizowali dane pochodzące z wulkanu Kīlauea z okresu 120 lat, odkrywając obejmujące całe stulecia wzorce deformacji i zmian naprężeń. Ich odkrycia ujawniają, w jaki sposób naprężenia ewoluują w systemach wulkanicznych, pomagając w przygotowaniu się na zagrożenia i pogłębiając wiedzę na temat procesów sejsmicznych i magmowych.
Naukowcy z Uniwersytetu Hawai’i na Wydziale Nauk o Ziemi Mānoa przeanalizowali bezprecedensowe dane pochodzące z wulkanu Kīlauea na wyspie Hawai’i z okresu 120 lat, odkrywając po raz pierwszy obejmujące stulecia wzorce deformacji i zmian naprężeń. Ich badania położyły szczególny nacisk na przełomowe trzęsienie ziemi o magnitudzie 7,7 w Kalapanie w 1975 r., które spowodowało również tsunami o wysokości 20 stóp. Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie „ Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
„Rozszyfrowanie historii Kīlauea pogłębia naszą wiedzę na temat zagrożeń wulkanicznych i sejsmicznych” – stwierdziła główna autorka Lauren Ward Yong, która przeprowadziła to badanie w ramach swojej rozprawy doktorskiej w Szkole Nauk i Technologii Oceanicznej i Ziemi (SOEST) UH Mānoa. „Zapewnia krytyczny wgląd w ewolucję stresu w systemach wulkanicznych, pomagając nam przewidywać i interpretować przyszłe trzęsienia ziemi i zdarzenia magmowe”.
Badanie podkreśla potencjał zagrożenia décollement, głównej strefy uskoków pod wulkanem Kīlauea, w której dwie masy skalne przemieszczają się obok siebie, co stale przesuwa wulkan na południe i stwarza ryzyko dużych trzęsień ziemi w połączeniu ze złożoną aktywnością wulkaniczną w regionie.
Yong i współautorzy zbadali zarówno odkształcenia, jak i zmiany naprężeń wulkanu w latach 1898–2018, analizując sześć różnych zbiorów danych geodezyjnych. Ich analiza objęła 338 396 obserwacji trzęsień ziemi i ponad 15 000 pomiarów ruchu powierzchni, czyli przemieszczeń, w celu skonstruowania modelu obliczeniowego odtwarzającego zaobserwowane przemieszczenia i naprężenia przed, w trakcie i po dużym trzęsieniu ziemi w Kalapanie w 1975 r. Model ten wskazał kluczowe cechy strukturalne – płaszczyzny uskoków, strefy szczelin i komory magmowe – które napędzały te zmiany.
Zmiana stresu i ruchu
Odkryli, że trzęsienie ziemi w Kalapanie w 1975 r. znacząco zmieniło stan naprężeń i deformacji w regionie. Przed 1975 rokiem w miejscu, w którym miało miejsce wielkie trzęsienie ziemi, nie było dowodów na poślizg, czyli ruch, w wyniku którego dwie masy skalne przemieszczają się obok siebie.
„To odkrycie sugeruje, że obszar ten prawdopodobnie był zablokowany przez tarcie i powoli akumulował naprężenia w czasie, aż do pęknięcia” – powiedział Yong. „Ponadto zaobserwowaliśmy, że południowa flanka Kīlauea, aktywny geologicznie region rozciągający się od szczytu wulkanu w kierunku wybrzeża, doświadczyła większego i bardziej złożonego przemieszczenia przed trzęsieniem ziemi w Kalapanie niż po nim”.
Analiza dekoltu Kīlauei, Yonga i współautorów, wykazała, że średni poślizg spadł z 10 centymetrów rocznie przed trzęsieniem ziemi w 1975 r. do zaledwie czterech centymetrów rocznie później. Te różnice w rozkładzie poślizgu i naprężeń wzdłuż dekoltu wskazują na zmiany właściwości mechanicznych, takich jak tarcie, które z biegiem czasu wpływają na aktywność sejsmiczną i magmową regionu.
Zwiększanie gotowości na zagrożenia
„Społeczności Hawajów żyją wzdłuż aktywnych wulkanów i są narażone na znaczne ryzyko sejsmiczne” – powiedział Yong. „Badania te zwiększają gotowość na zagrożenia i wzmacniają zaangażowanie UH w rozwój nauki na rzecz bezpieczeństwa i dobrostanu mieszkańców i ekosystemów Hawajów, rzucając światło na znaczące wydarzenia z przeszłości”.
Historia Kīlauea oferuje bezcenny wgląd w złożone relacje między procesami magmowymi a cyklami trzęsień ziemi. Opierając się na tym fundamencie, Yong i jej zespół planują udoskonalić swoje modele, zagłębiając się w kluczowe właściwości strukturalne Kīlauea, takie jak tarcie wzdłuż płaszczyzn uskoków, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób zmiany naprężeń wyzwalają aktywność sejsmiczną i magmową.
Odniesienie: „A Century of Deformation and Stress Change on Kīlauea’s Décollement” Lauren Ward Yong, James H. Foster, Bridget R. Smith-Konter i L. Neil Frazer, 22 listopada 2024 r., Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
DOI: 10.1029/2024JB028714
