En overraskende, kaskadende jordskælv

Kaikoura-jordskælvet i New Zealand i 2016 forårsagede omfattende skader. LMU-forskere har nu dissekeret dens mekanismer og afsløret overraskende indsigt i jordskælvsfysik ved hjælp af simuleringer udført på supercomputeren SuperMUC.

Kaikoura-jordskælvet i 2016 (magnitude 7,8) på Sydøen i New Zealand er blandt de mest spændende og bedst dokumenterede seismiske begivenheder overalt i verden - og en af ​​de mest komplekse. Jordskælvet udviste en række usædvanlige træk, og de underliggende geofysiske processer har siden været genstand for kontroverser. LMU geofysikere Thomas Ulrich og Dr. Alice-Agnes Gabriel, i samarbejde med forskere baseret på Université Côte d'Azur i Valbonne og på Hong Kong Polytechnic University, har nu simuleret jordskælvets forløb med en hidtil uset grad af realisme. Deres model, som blev kørt på det bayerske videnskabsakademis supercomputer SuperMUC ved Leibniz Computing Center (LRZ) i München, belyser dynamiske årsager til et sådant usædvanligt jordskælv med flere segmenter. Dette er et vigtigt skridt i retning af at forbedre nøjagtigheden af ​​vurderinger af jordskælvsfare i andre dele af verden. Deres resultater fremgår af onlinejournalen Naturkommunikation .

Ifølge avisens forfattere er Kaikoura-jordskælvet det mest komplicerede, der nogensinde er registreret og rejser en række vigtige spørgsmål. Et af dets mest slående træk var, at det resulterede i, at mere end 20 segmenter af et fejlnetværk efter hinanden blev brudt. "Når man ser på mønsteret af overfladefejl, der er påvirket af jordskælvet, man finder store huller på mere end 15 km imellem dem. Indtil nu, analyser af seismisk fare er baseret på den antagelse, at fejl, der er mere end 5 km fra hinanden, ikke vil blive brudt i en enkelt hændelse, "siger Gabriel. En anden usædvanlig observation var, at, selvom jordskælvet begyndte på land, det resulterede også i den største tsunami, der er registreret i regionen siden 1947. Dette indikerer, at brud på undergrunden i sidste ende udløste lokale forskydninger af havbunden.

Indsigten fra simuleringerne har nu givet en bedre forståelse af årsagerne til sekvensen af ​​fejlbrud, der karakteriserede jordskælvet. "Dette blev gjort muligt af den realistiske natur af vores model, som inkorporerer de væsentlige geofysiske egenskaber ved fejlfejl, og reproducerer realistisk, hvordan underjordiske klipper sprækker og genererer seismiske bølger, " siger Gabriel. Modellen bekræftede, at Kaikoura-jordskælvet involverede en kompleks kaskade af fejlbrud, som forplantede sig i en zig-zag måde. Formeringshastighederne langs de enkelte fejlsystemer var ikke usædvanligt langsomme, men den komplekse geometri af fejlnetværket og forsinkelser ved overgange mellem fejlsegmenter førte til en snoet brudvej. Mens en stor mængde tektoniske kræfter, der akkumuleres over årtier, kan synes intuitivt nødvendige for at styre et jordskælv gennem sådanne komplekse fejlnetværk, forfatterne antyder, at den nødvendige tvang tværtimod var ganske svag. "Bruddet på en så svagt belastet fejl blev forstærket af meget gradvis glidning eller krybning under fejlene, hvor skorpen er mere duktil og lave niveauer af friktionsmodstand, fremmes af tilstedeværelsen af ​​væsker", Gabriel forklarer. "Ud over, høje brudhastigheder resulterer generelt i den hurtige spredning af friktionsmodstand."

Forskerne oplyser, at deres model kan bidrage til at forbedre skøn over jordskælvsfare i visse områder. Aktuelle farevurderinger kræver omhyggelig kortlægning af fejlsystemerne i den pågældende region, og deres modtagelighed for brud under seismisk stress estimeres derefter. "Jordskælvsmodellering er nu ved at blive en vigtig del af det hurtige jordskælvsreaktionsværktøj og til at forbedre langsigtede byggekoder i jordskælvsudsatte områder ved at levere fysikdrevne fortolkninger, der kan integreres synergistisk med etablerede datadrevne indsatser", siger den første forfatter til undersøgelsen, Ph.D. elev Thomas Ulrich.