Nieuw onderzoek naar een enorme stuwkrachtfout suggereert dat de volgende grote aardbeving op handen kan zijn

Grootschalige aardbevingen en tsunami’s hebben historisch gezien de westelijke regio’s van de Verenigde Staten en Canada getroffen, en deze impact zal zich waarschijnlijk in de toekomst voortzetten.

Voor de zuidkust van British Columbia, Washington, Oregon en Noord-Californië ligt een 900 kilometer lange strook waar de bodem van de Stille Oceaan geleidelijk oostwaarts onder Noord-Amerika zakt.

Dit gebied, de Cascadia Subduction Zone genaamd, herbergt een enorme kloof, waar tektonische platen op een zeer gevaarlijke manier tegen elkaar aan bewegen. De platen kunnen periodiek afbreken en spanningen opbouwen over grote oppervlakken – om uiteindelijk weer los te laten wanneer ze uiteindelijk tegen elkaar aan schommelen.

Het resultaat: ’s werelds grootste aardbevingen, die de zeebodem en het land doen schudden, waardoor tsunami-golven ontstaan ​​van ruim 30 meter hoog. Een dergelijke storing bij Japan veroorzaakte de kernramp in Fukushima in 2011. Soortgelijke gebieden bestaan ​​onder meer bij Alaska, Chili en Nieuw-Zeeland. Er wordt aangenomen dat er in Cascadia elke 500 jaar grote aardbevingen plaatsvinden, iets meer dan dat. De laatste aardbeving vond plaats in 1700.

Onderzoeksvooruitgang in het begrijpen van seismische activiteit

Wetenschappers hebben lang gewerkt aan het begrijpen van de ondergrondse infrastructuur en mechanica van Cascadia, om te bepalen welke plaatsen het meest kwetsbaar zijn voor aardbevingen, hoe groot deze plaatsen zijn en welke waarschuwingssignalen ze kunnen veroorzaken. Er bestaat niet zoiets als het voorspellen van een aardbeving; In plaats daarvan proberen wetenschappers de waarschijnlijkheid van meerdere scenario’s te voorspellen, in de hoop de autoriteiten te helpen bij het ontwerpen van bouwvoorschriften en waarschuwingssystemen om de schade te minimaliseren als er iets gebeurt.

Een onlangs gepubliceerde studie belooft deze inspanningen aanzienlijk te versterken. Een onderzoeksschip dat een reeks ultramoderne geofysische instrumenten langs bijna het hele gebied sleept, heeft het eerste uitgebreide onderzoek van de vele complexe structuren onder de zeebodem opgeleverd. Deze structuren omvatten de geometrie van de zinkende oceanische plaat en de bovenliggende sedimenten, en de samenstelling van de Noord-Amerikaanse plaat. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in een tijdschrift Wetenschappelijke vooruitgang.

“De modellen die momenteel door overheidsinstanties worden gebruikt, waren gebaseerd op een beperkte reeks oude gegevens van lage kwaliteit die teruggaan tot de jaren tachtig”, zegt Susan Carbut, een mariene geofysicus aan de Harvard University. Columbia UniversiteitDr. John Lamont Doherty, directeur van de Harvard Earth Observatory, die het onderzoek leidde, zei: “De enorme stuwkracht heeft een complexere geometrie dan eerder werd aangenomen. De studie biedt een nieuw raamwerk voor het beoordelen van de gevaren van aardbevingen en tsunami’s.”

De gegevens werden gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation en verzameld tijdens een 41-daagse cruise in 2021 door Lamonts onderzoeksschip, de Marcus J. Langseth. Onderzoekers aan boord van het schip drongen met krachtige geluidspulsen de zeebodem binnen en lazen de echo’s, die vervolgens werden omgezet in beelden, vergelijkbaar met de manier waarop artsen interne scans van het menselijk lichaam maken.

Nieuwe inzichten in de onderverdeling van breuken en tsunami-gevaren

Een van hun belangrijkste bevindingen: de megathrust-breukzone is niet slechts één doorlopende structuur, maar is verdeeld in ten minste vier delen, waarbij elk deel enigszins geïsoleerd is van de bewegingen van de anderen. Wetenschappers hebben lang gedebatteerd over de vraag of gebeurtenissen uit het verleden, waaronder de aardbeving van 1700, de hele regio hebben verwoest of slechts een deel ervan – een belangrijke vraag, want hoe langer de breuk duurt, hoe groter de aardbeving.

Uit de gegevens blijkt dat de delen zijn verdeeld door ondergrondse elementen, waaronder grote breuklijnen, waarbij tegenoverliggende zijden loodrecht op de kust tegen elkaar aan schuiven. Dit kan helpen voorkomen dat beweging van het ene onderdeel naar het volgende onderdeel gaat. “We kunnen niet zeggen dat dit absoluut betekent dat alleen individuele onderdelen zullen breken, of dat het hele ding in één keer zal breken”, zegt Harold Tobin, een geofysicus aan het Massachusetts Institute of Technology. Universiteit van Washington “Maar dit versterkt het bewijs van fragmentarische breuken.”

De afbeeldingen geven ook de redenen voor deze verdeling aan: de vaste rand van de Noord-Amerikaanse continentale plaat bestaat uit veel verschillende soorten gesteenten, gevormd op verschillende tijdstippen gedurende tientallen miljoenen jaren, en sommige zijn dichter dan andere. Deze diversiteit aan continentale rotsen zorgt ervoor dat de binnenkomende, flexibelere oceanische plaat buigt en draait om de drukverschillen erboven op te vangen. Op sommige plaatsen hellen de secties onder relatief steile hoeken, en op andere plaatsen onder ondiepe hoeken.

De onderzoekers concentreerden zich met name op één sectie, die loopt van het zuiden van Vancouver Island langs de staat Washington en ongeveer eindigt bij de grens met Oregon. De ondergrondse topografie van andere delen is relatief ruw, met oceanische kenmerken zoals breuklijnen en zinkende onderzeese bergen die tegen de bovenste plaat wrijven – kenmerken die de bovenste plaat kunnen eroderen en de omvang van de voortplanting van een aardbeving binnen de sectie beperken, waardoor de omvang van de aardbeving wordt beperkt. aardbeving. Het traject van Vancouver naar Washington daarentegen is volkomen vlak. Dit betekent dat de kans groter is dat het in één keer over de hele lengte scheurt, waardoor dit het gevaarlijkste gedeelte is.

Lopend onderzoek en de implicaties ervan voor de regionale integriteit

Ook in dit deel zakt de zeebodem onder een relatief ondiepe hoek onder de continentale korst vergeleken met andere delen. In andere delen ligt het grootste deel van het aardbevingsgevoelige grensvlak tussen platen voor de kust, maar hier bleek uit de studie dat de ondiepe subductiehoek betekent dat het zich waarschijnlijk direct onder het Olympisch Schiereiland van Washington uitstrekt. Dit kan eventuele trillingen op de grond versterken. “Er is veel onderzoek voor nodig, maar voor plaatsen als Tacoma en Seattle kan dit het verschil betekenen tussen alarmerend en catastrofaal,” zei Tobin.

Met financiering van de US Geological Survey heeft een consortium van staats- en federale instanties en academische instellingen de gegevens bestudeerd sinds deze beschikbaar kwamen, om de implicaties ervan te achterhalen.

Wat de tsunami-dreiging betreft: dat is “nog steeds een werk in uitvoering”, zegt Kellin Wang, een onderzoekswetenschapper bij de Geological Survey of Canada die niet bij het onderzoek betrokken was. De groep van Wang gebruikt de gegevens om zeebodemkenmerken bij Vancouver Island te modelleren die tsunami’s kunnen veroorzaken. (Over het algemeen treden tsunami’s op wanneer de diepzeebodem tijdens een aardbeving omhoog of omlaag beweegt, waardoor een golf naar het oppervlak wordt gestuurd die zijn energie concentreert en aan hoogte wint naarmate hij de ondiepe kustwateren bereikt.) Wang zei dat zijn resultaten naar een andere groep zullen gaan die de tsunami-golven zelf zal modelleren, en vervolgens naar een andere groep die de risico’s ter plaatse zal analyseren.

Onderzoekers zeggen dat praktische beoordelingen die van invloed kunnen zijn op bouwvoorschriften of andere aspecten van paraatheid al volgend jaar gepubliceerd kunnen worden. “Er is hier veel meer complexiteit dan eerder werd aangenomen”, zei Carbot.

Referentie: “Subductieplaatstructuur en massieve stuwkrachtmorfologie van diepe seismische beeldvorming geassocieerd met segmentatie van aardbevingsbreuken in Cascadia” door Susan M. Carbot, Brian Boston, Shushu Han, Brandon Schock, Jeffrey Bisson, J. Pablo Canales, Harold Tobin, Nathan Miller, Mladen Nedimovic, Anna Treho, Michelle Li, Madeleine Lucas, Hanshao Jian, Danqi Jiang, Liam Moser, Chris Anderson en Darren Good, Jaime Fernandez, Chuck Campbell, Antara Goswami en Rajendra Jalawat, 7 juni 2024, Wetenschappelijke vooruitgang.
DOI: 10.1126/sciadv.adl3198

Het onderzoek werd gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation.