W przełomowym badaniu naukowcy wskazali przyczynę sygnału sejsmicznego wykrytego na całym świecie we wrześniu 2023 r. związanego z masywnym osuwiskiem skalnym w fiordzie Dickson na Grenlandii.
We wrześniu 2023 r. sejsmometry na całym świecie zarejestrowały unikalny sygnał sejsmiczny, który na niektórych obszarach utrzymywał się do dziewięciu dni. Zjawisko to zostało wywołane przez ogromne osunięcie się skał w fiordzie Dickson na Grenlandii. Co spowodowało ten sygnał i dlaczego trwał tak długo? Międzynarodowy zespół naukowców, w tym badacze z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT), zajął się tym pytaniem. Badania wykazały, że źródłem wibracji był ciągły ruch wody przelewającej się tam i z powrotem w wąskim fiordzie. Ponadto naukowcy powiązali osuwanie się skał z przerzedzaniem się lodowca, czyli zmianą przypisywaną zmianom klimatycznym.
Międzynarodowy wysiłek badawczy
Do rejestrowania wibracji rezonujących w Ziemi wykorzystuje się czułe instrumenty naukowe, zwane sejsmometrami. Instrumenty te zazwyczaj mierzą fale sejsmiczne powstające podczas trzęsień ziemi, ale mogą również rejestrować ruchy dużych mas wody lub ziemi na powierzchni planety.
„We wrześniu 2023 r. odkryliśmy sygnał, który można było wykryć na całym świecie” – mówi dr Thomas Forbriger z Instytutu Geofizycznego KIT. „Sygnał był zupełnie inny od tych, które znamy z trzęsień ziemi. Była to oscylacja o jednej dominującej częstotliwości, przypominająca monotonny szum, który zanikał bardzo powoli”.
Aby znaleźć przyczynę tego zjawiska, połączyło siły 68 badaczy z 40 instytucji w 15 krajach i reprezentujących różne dyscypliny. Połączyli dane sejsmograficzne i infradźwiękowe, pomiary terenowe, zdjęcia naziemne i satelitarne, symulacje fal tsunami oraz zdjęcia dostarczone przez armię duńską. „Dzięki współpracy międzydyscyplinarnej oraz unikalnemu połączeniu lokalnych obserwacji terenowych i danych globalnych byliśmy w stanie odtworzyć niezwykłą sekwencję wydarzeń” – wyjaśnia Forbriger. „Wysokiej jakości dane, takie jak te zarejestrowane przez KIT i Uniwersytet w Stuttgarcie w geonaukowym Obserwatorium w Schwarzwaldzie, zasadniczo przyczyniły się do tego osiągnięcia”.
Rekonstrukcja modelu zdarzenia sejsmicznego
Wykraczając poza wyniki opublikowane wcześniej na ten temat i korzystając z obserwacji na miejscu i danych pomiarowych uzyskanych bezpośrednio w odległym fiordzie Dickson na Grenlandii, badaczom udało się stworzyć realistyczny model numeryczny o wysokiej rozdzielczości, aby zrekonstruować zdarzenie i jednoznacznie ustalić jego pochodzenie. sygnału. Model pokazał, że „seiche” (fala stojąca wody w basenie) powoduje wibracje, które można zmierzyć na całym świecie. Zjawisko to jest podobne do pluskania wody w wannie, gdy wejdziesz do niej z jednej strony i w ten sposób wyprzesz wodę.
Wpływ potężnej osuwiska skalnego
Seiche powstało w wyniku masywnego osunięcia się skał w fiordzie, wywołanego zawaleniem się szczytu górskiego, który wcześniej wzniósł się 1200 metrów nad fiordem. „Objętość spadającego materiału była ogromna – ponad 25 milionów metrów sześciennych. To wystarczy, aby napełnić 10 000 basenów olimpijskich” – stwierdza Kristian Svennevig z Służby Geologicznej Danii i Grenlandii (GEUS), który koordynował badania. Spadające masy wyparły ogromną ilość wody, która została wypchnięta z fiordu w postaci megatsunami o początkowej wysokości 200 metrów. Fale powstałe w wyniku zdarzenia, które trwało tylko kilka minut, a następnie przez wiele dni przelewały się tam i z powrotem po wąskim fiordzie.
Długotrwałe oscylacje sejsmiczne
Obliczenia badaczy wykazały, że woda przelewała się przez fiord w tę i z powrotem w czasie około 90 sekund, co odpowiada okresowi oscylacji obserwowanych fal sejsmicznych. „Wydaje się, że szczególną właściwością fiordu Dickson jest to, że jest zdolny do takich oscylacji. Oscylacje Seiche’a o takiej częstotliwości, które zanikają tak wolno, nigdy wcześniej nie były opisywane w literaturze naukowej. „Nasze odkrycia są wyjątkowe także pod tym względem” – podkreśla Rudolf Widmer-Schnidrig z Uniwersytetu w Stuttgarcie.
Ruchy tych ogromnych mas wody wywołały fale sejsmiczne, które dziewięć dni później można było zmierzyć w najbliższych stacjach pomiarowych. Fale okrążyły Ziemię i można je było wykryć nawet na Antarktydzie, oddalonej o prawie 20 000 kilometrów. Z badania wynika, że tsunami było jednym z najwyższych w najnowszej historii. Poza fiordem fale sięgające czterech metrów uszkodziły bazę badawczą na oddalonej o 70 kilometrów wyspie Ella oraz zniszczyły obiekty dziedzictwa kulturowego i archeologicznego w całym systemie fiordów.
Związek zmian klimatycznych ze zmianami geologicznymi
Naukowcy zbadali także, w jaki sposób doszło do tego masywnego osunięcia się skał. Zdjęcia satelitarne pokazały, że w ostatnich dziesięcioleciach lodowiec u podnóża góry znacznie się przerzedził. Co więcej, osuwiska skalne i tsunami jako pierwsze zaobserwowano w północno-wschodniej części Grenlandii. Naukowcy wiążą to wydarzenie ze zmianami klimatycznymi. Pokazało, że jego wpływ jest już silny, nawet w tym regionie. Badania ilustrują, w jaki sposób zmiany klimatyczne i procesy zachodzące w atmosferze, destabilizacja lodu lodowcowego (kriosfera), ruchy mas wody (hydrosfera) i stałej skorupy ziemskiej (litosfera) są ze sobą powiązane.
Naukowcy planują zainstalować instrumenty sejsmiczne we fiordzie Dickson, aby jeszcze lepiej poznać ten obszar. „Mieliśmy szczęście, że w tym zdarzeniu nikt nie odniósł obrażeń. Jednak nasze badanie pokazuje, że biorąc pod uwagę szybko przyspieszające zmiany klimatyczne, scharakteryzowanie i monitorowanie regionów, które wcześniej uważano za stabilne, będzie ważniejsze niż kiedykolwiek wcześniej” – mówi Svennevig. „Tylko w ten sposób możemy w odpowiednim czasie ostrzec o tak ogromnych osunięciach ziemi i tsunami w przyszłości”.
Odniesienie: „Tsunami wywołane osuwiskami skał w fiordzie grenlandzkim uderzało w Ziemię przez 9 dni” Kristian Svennevig, Stephen P. Hicks, Thomas Forbriger, Thomas Lecocq, Rudolf Widmer-Schnidrig, Anne Mangeney, Clément Hibert, Niels J. Korsgaard, Antoine Lucas, Claudio Satriano, Robert E. Anthony, Aurélien Mordret, Sven Schippkus, Søren Rysgaard, Wieter Boone, Steven J. Gibbons, Kristen L. Cook, Sylfest Glimsdal, Finn Løvholt, Koen Van Noten, Jelle D. Assink, Alexis Marboeuf, Anthony Lomax, Kris Vanneste, Taka’aki Taira, Matteo Spagnolo, Raphael De Plaen, Paula Koelemeijer, Carl Ebeling, Andrea Cannata, William D. Harcourt, David G. Cornwell, Corentin Caudron, Piero Poli, Pascal Bernard, Eric Larose, Eleonore Stutzmann, Peter H. Voss, Bjorn Lund, Flavio Cannavo, Manuel J. Castro-Díaz, Esteban Chaves, Trine Dahl-Jensen, Nicolas De Pinho Dias, Aline Déprez, Roeland Develter, Douglas Dreger, Läslo G. Evers, Enrique D. Fernández-Nieto, Ana MG Ferreira, Gareth Funning, Alice-Agnes Gabriel, Marc Hendrickx, Alan L. Kafka, Marie Keiding, Jeffrey Kerby, Shfaqat A. Khan, Andreas Kjær Dideriksen, Oliver D. Lamb, Tine B. Larsen, Bradley Lipovsky, Ikha Magdalena, Jean-Philippe Malet, Mikkel Myrup, Luis Rivera, Eugenio Ruiz-Castillo, Selina Wetter i Bastien Wirtz, 12 września 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adm9247
