Dane sejsmiczne z ponad 1000 lokalizacji wykazały związek między siłą uskoków a wielkością trzęsień ziemi, sugerując sposób określenia, jak blisko danego obszaru grozi poważne zdarzenie sejsmiczne.
Japonia, położona na Pacyficznym Pierścieniu Ognia, jest jednym z krajów najbardziej podatnych na trzęsienia ziemi na świecie – co roku doświadcza ponad 100 000 drobnych wstrząsów, przy ciągłym ryzyku wystąpienia poważnego trzęsienia ziemi. Chociaż przewidywanie, kiedy nastąpią znaczące trzęsienia ziemi, przekracza obecnie możliwości, japońscy sejsmolodzy starają się uzyskać wgląd w procesy zachodzące w skorupie ziemskiej, które powodują poważne trzęsienia ziemi, poprzez dokładne badanie częstych mniejszych wstrząsów.
Teraz naukowcy z Uniwersytetu Kyushu i Uniwersytetu Tokijskiego w Japonii zbadali aktywność sejsmiczną z niespotykaną dotąd szczegółowością, identyfikując związek między siłą uskoku a siłą trzęsienia ziemi. Opublikowano w Komunikacja przyrodniczaZ badania wynika, że siła uszkodzenia wpływa na B-wartość — a zatem prawdopodobieństwo wystąpienia poważnego trzęsienia ziemi.
Zmienność wartości b i siły uszkodzenia
„ B-wartość to bardzo ważna stała w sejsmologii, charakteryzująca związek między częstotliwością a wielkością trzęsień ziemi” – wyjaśnia profesor Satoshi Matsumoto, pierwszy autor badania i dyrektor Instytutu Sejsmologii i Wulkanologii Uniwersytetu Kiusiu. „Jeśli jest niski B-wartość oznacza, że występuje większy odsetek dużych trzęsień ziemi, podczas gdy wysoka wartość b oznacza większy odsetek mniejszych trzęsień ziemi.
The B-wartość może różnić się w zależności od lokalizacji, a także zmieniać się w czasie i często według doniesień maleje tuż przed poważnym trzęsieniem ziemi. Poprzednie badanie sugerowało, że spadek B-wartość została spowodowana rosnącymi siłami naprężającymi wywieranymi na uskok. Badanie to sugeruje, że siła błędu jest również czynnikiem przyczyniającym się do tego.
W badaniu zespoły badawcze przeanalizowały działania sejsmiczne zachodzące w obszarze wokół epicentrum trzęsienia ziemi w zachodnim Tottori, które miało miejsce w 2000 roku o sile 7,3. Instalując na tym obszarze ponad 1000 stacji sejsmicznych, badacze mogli prowadzić obserwacje sejsmiczne z niespotykanym dotychczas poziomem dokładność.
„Nawet dwie dekady później nadal występują setki drobnych wstrząsów wtórnych, w większości zbyt małych, abyśmy mogli je poczuć” – mówi Matsumoto.
Dzięki tak dużej liczbie czujników badacze byli w stanie wykryć drobne ruchy uskoków, a także orientację każdego uskoku w skorupie ziemskiej.
Korzystając z tak dużej ilości danych, zespół był w stanie oszacować pole naprężeń (różne kierunki sił naprężeń wywieranych na każdy uskok w momencie awarii) i pozwolił scharakteryzować uskoki jako mocne lub słabe.
„W pewnych warunkach naprężenia w każdym reżimie tektonicznym istnieje korzystny kierunek poślizgu płaszczyzny uskoku. Kiedy uskoki mają niekorzystny kierunek, sugeruje to, że są to uskoki słabe, które mogą łatwiej się poślizgnąć. Z drugiej strony, silne uskoki wymagają większego naprężenia, aby się poślizgnąć i mają znacznie bardziej charakterystyczny kierunek” – wyjaśnia Matsumoto.
Silne uskoki i większe trzęsienia ziemi
Na podstawie obliczeń pola naprężeń badacze byli również w stanie oszacować B-wartość grupy zdarzeń sklasyfikowana według siły uszkodzenia. Odkryli, że silniejsze wady mają mniejsze B-wartości, co sugeruje, że duże trzęsienia ziemi są bardziej prawdopodobne, podczas gdy słabsze uskoki są większe B-wartości, co sugeruje, że większe trzęsienia ziemi są mniej prawdopodobne.
„Mówiąc najprościej, te słabe wady prawdopodobnie będą się ślizgać, zanim wytworzy się duża ilość naprężeń, co oznacza, że nie będą w stanie uwolnić dużej siły” – mówi Matsumoto.
Poprzez głębsze zrozumienie czynników, które mają na to wpływ B-wartości, badacze mają nadzieję, że uda im się zbliżyć do „świętego Graala” w zakresie przewidywania trzęsień ziemi.
„Nie sądzę, że kiedykolwiek dowiemy się dokładnie, kiedy nastąpi trzęsienie ziemi, ale patrząc na dane, takie jak kierunek i siła uskoku, oraz obliczając B-wartości, mogą pomóc nam oszacować, kiedy usterka osiągnęła punkt krytyczny, w którym wystarczy niewielkie dodatkowe pchnięcie siły, aby usterka się poślizgnęła”, podsumowuje Matsumoto. „Te informacje są niezbędne, aby przygotować się na poważne trzęsienia ziemi”.
Odniesienie: „Zależność siły rozkładu częstotliwości od wielkości w trzęsieniach ziemi i implikacje dla krytyczności stanu naprężenia” autorstwa Satoshi Matsumoto, Yoshihisa Iio, Shinichi Sakai i Aitaro Kato, 11 czerwca 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-49422-7
