Forskydninger i dyb geologisk struktur kan have forstørret den store tsunami i Japan i 2011

Den 11. marts 2011, et jordskælv på størrelse 9 ramte under havbunden ud for Japan - det mest kraftfulde jordskælv, der ramte landet i moderne tid, og den fjerde mest magtfulde i verden siden den moderne journalføring begyndte. Det genererede en række tsunamibølger, der nogle steder nåede ekstraordinære 125 til 130 fod høje. Bølgerne ødelagde meget af Japans folkerige kystlinje, fik tre atomreaktorer til at smelte ned, og dræbte tæt på 20, 000 mennesker.

Tsunamiens åbenlyse årsag:jordskælvet fandt sted i en subduktionszone, hvor den tektoniske plade under Stillehavet forsøgte at glide under den tilstødende kontinentalplade, der holdt Japan og andre landmasser op. Pladerne havde stort set siddet fast mod hinanden i århundreder, og der er opbygget et tryk. Endelig, noget gav. Hundredvis af kvadratkilometer havbund faldt pludselig vandret omkring 160 fod, og stød op til 33 fod. Forskere kalder dette en megatro. Som en hånd vinket kraftigt under vandet i et badekar, stikket forplantede sig til havoverfladen og omsatte sig i bølger. Da de nærmede sig lavvandede kystvande, deres energi koncentreret, og de voksede i højden. Resten er historie.

Men forskerne indså hurtigt, at noget ikke stemte. Tsunamistørrelser har en tendens til at afspejle jordskælvsstørrelser på en forudsigelig skala; Denne producerede bølger tre eller fire gange større end forventet. Bare måneder senere, Japanske forskere identificerede en anden, meget usædvanlig fejl omkring 30 miles tættere på kysten, der syntes at have bevæget sig i takt med megathrust. denne fejl, de begrundede, kunne have forstørret tsunamien. Men præcis hvordan det kom til at udvikle sig der, kunne de ikke sige. Nu, en ny undersøgelse i tidsskriftet Natur Geovidenskab giver et svar, og mulig indsigt i andre områder med risiko for store tsunamier.

Undersøgelsens forfattere, baseret på Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, undersøgt en lang række data indsamlet af andre forskere før og efter jordskælvet. Dette omfattede topografiske kort på havbunden, sedimenter fra undervandsboringer, og registreringer af seismiske stød bortset fra megathrust.

Den usædvanlige fejl, der er tale om, er en såkaldt ekstensionsforkastning - en, hvor jordskorpen trækkes fra hinanden i stedet for at blive skubbet sammen. Efter megatrusten, området omkring forlængelsesforkastningen flyttede sig omkring 200 fod mod havet, og der kunne ses en række scarps 10 til 15 fod høje, angiver en pludselig kraftig pause. Området omkring den udvidede fejl var også varmere end den omgivende havbund, indikerer friktion fra en meget nylig bevægelse; der antydede, at den omfattende fejl var blevet skubbet løs, da megatroppen ramte. Dette ville igen have øget tsunamiens magt.

Udvidelsesfejl er faktisk almindelige omkring subduktionszoner - men kun i oceaniske plader, ikke de altoverskyggende kontinentale, hvor denne blev fundet. Hvordan kom den dertil? Og, mon sådanne farlige træk lurer i andre dele af verden?

Forfatterne til det nye papir mener, at svaret er den vinkel, hvorved havpladen dykker under kontinentet; de siger, at det gradvist har været overfladisk over millioner af år. "De fleste mennesker ville sige, at det var megatroppen, der forårsagede tsunamien, men vi og nogle andre siger, at der kan have været noget andet på arbejde oven i det, "sagde Lamont Ph.D. -studerende Bar Oryan, avisens hovedforfatter. "Det nye her er, at vi forklarer mekanismen for, hvordan fejlen udviklede sig."

Forskerne siger, at for længe siden, oceanpladen bevægede sig ned i en stejlere vinkel, og kunne falde ret let, uden at forstyrre havbunden på den altoverskyggende kontinentale plade. Enhver omfattende fejl var sandsynligvis begrænset til den oceaniske plade bag skyttegraven - zonen, hvor de to plader mødes. Derefter, begyndte for måske 4 millioner eller 5 millioner år siden, det ser ud til, at subduktionsvinklen begyndte at falde. Som resultat, den oceaniske plade begyndte at udøve pres på sedimenter på toppen af ​​kontinentalpladen. Dette skubbede sedimenterne ind i en enorm, subtil pukkel mellem skyttegraven og Japans kystlinje. Når pukkelen blev stor og komprimeret nok, det var nødt til at gå i stykker, og det var sandsynligvis det, der skete, da megathrust-skælvet rystede tingene løs. Forskerne brugte computermodeller til at vise, hvordan langsigtede ændringer i pladens dyk kunne frembringe store ændringer i den kortsigtede deformation under et jordskælv.

Der er flere bevislinjer. For en, materiale taget fra boringer før jordskælvet viser, at sedimenter var blevet presset op omkring halvvejs mellem jorden og skyttegraven, mens de, der var tættere på både jorden og skyttegraven, havde lagt sig - svarende til det, der kunne ske, hvis man lagde et stykke papir fladt på et bord og derefter langsomt skubbede ind på det fra modsatte sider. Også, optagelser af efterskælv i de seks måneder efter det store jordskælv viste snesevis af jordskælv af omfattende type fejl, der tæpper havbunden over kontinentalpladen. Dette tyder på, at den store forlængelsesfejl kun er den mest åbenlyse; belastning blev frigivet overalt i mindre, lignende jordskælv i omkringliggende områder, mens pukkelen slappede af.

Desuden, på land, Japan er vært for adskillige vulkaner arrangeret i en pæn nord-syd-bue. Disse er drevet af magma genereret 50 eller 60 miles nede, ved grænsefladen mellem den subducerende plade og kontinentalpladen. I løbet af de samme 4 millioner til 5 millioner år, denne bue har vandret mod vest, væk fra skyttegraven. Da magma generation har en tendens til at foregå på en temmelig konstant dybde, dette føjer til beviset for, at subduktionsvinklen gradvist er blevet mindre, skubber den magmagenererende zone længere inde i landet.

Lamont geofysiker og medforfatter Roger Buck sagde, at undersøgelsen og de tidligere, den bygger på, har globale implikationer. "Hvis vi kan gå og finde ud af, om subduktionsvinklen bevæger sig op eller ned, og se om sedimenter gennemgår den samme form for deformation, Vi er måske bedre i stand til at sige, hvor denne form for risiko findes, " sagde han. Kandidater til en sådan undersøgelse vil omfatte områder ud for Nicaragua, Alaska, Java og andre i jordskælvszonerne i Pacific Ring of Fire. "Det er områder, der betyder noget for millioner af mennesker, " han sagde.