Hvad forårsager jordskælvsforskælv?

Om morgenen den 4. juli kl. 2019, en række meget små jordskælv begyndte at buldre i Mojave-ørkenen, ikke langt fra den sydlige Californien by Ridgecrest.

Ingen vidste på det tidspunkt, at disse var forudsigelser, der snart ville blive efterfulgt af to af de største jordskælv, der har ramt Californien i mere end 20 år. Et jordskælv med en styrke på 6,4 ramte regionen den 4. juli, slynge flasker fra butikshylderne, knuse vinduer og vandledninger, revner en motorvej og foranlediger evakueringer.

To dage og hundredvis af små jordskælv senere, et jordskælv med en styrke på 7,1 (næsten 11 gange kraftigere) ramte en anden forkastning i det samme område, efterlader brande, utætte vand- og gasledninger, og revnede bygninger og veje og tvang evakuering af et flådevåbenanlæg større end Rhode Island.

U.S. Geological Survey rapporterer, at omkring halvdelen af ​​de største jordskælv, der er registreret i Californien, er gået forud af prognoser. I hele verden, der er omkring 6 procents chance for, at et givet jordskælv vil vise sig at være et forudskælv efterfulgt af et større jordskælv inden for tre dage, selvom denne sandsynlighed mindskes, efterhånden som tiden fra den første begivenhed øges.

Men prognoser erkendes kun i bakspejlet. "Et forhåndschok er simpelthen et jordskælv efterfulgt af et større jordskælv - hovedstødet, " forklarede Paul Segall, professor i geofysik ved Stanford University's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth). Som regel, for at et forudgående jordskælv skal betragtes som et forudskælv, Seismologer ser også efter, at epicentret er i det samme generelle område som hovedstødet - i en afstand, der ikke er mere end et par gange længden af ​​den forkastningssektion, der bevægede sig under hovedstødet.

Fordi prognoser går forud for større jordskælv, vokser hyppigere, efterhånden som hovedstødet nærmer sig, de har længe præsenteret den fristende udsigt til at advare om potentielt skadelige jordskælv. "Hvis vi på en eller anden måde kunne fastslå, at et givet jordskælv var et forudskælv, før hovedstødet ankommer, det kunne være yderst nyttigt, " sagde Segall.

Forchok opstår fra grove fejl

Forskere i årtier har søgt at forstå de fysiske processer, der driver prognoser, og hvorfor nogle jordskælvssekvenser har dem, mens andre ikke har. En førende teori foreslår, at forchok skyldes en acceleration af glidende bevægelser langs en forkastning. Denne bevægelse, kendt som aseismisk glidning, udløser små jordskælv, da det strækker sig over stadig større områder af forkastningen og accelererer.

"Den alternative idé er en kaskade af små jordskælv uden aseismisk glidning, " sagde Segall, hvem er Cecil H. og Ida M. Grønne professor i geofysik. "Jordskælv omfordeler stress i Jorden. I områder, hvor stress stiger, det kan udløse andre jordskælv. Denne voksende kaskade udløser til sidst en begivenhed, der vokser ind i hovedstødet."

Nylig forskning udført af Segall og seismolog Camilla Cattania i Journal of Geophysical Research:Solid Earth antyder, at prognoser faktisk er drevet af feedback mellem de to. "Vi fandt ud af, at begge mekanismer - aseismisk glidning og omfordeling af stress ved små jordskælv - er på spil under forudschoksekvenser, og de forstærker hinanden. En kompleks fejlgeometri tillader samtidig aseismisk glidning og forchok, " sagde Cattania, en assisterende professor i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber, der arbejdede på forskningen som forsker ved Stanford.

Ligesom mange naturlige systemer, fejl er fraktale, hvilket betyder, at de er uregelmæssige på alle skalaer. "Når de to sider af en grov fejl glider forbi hinanden, nogle dele af fejlsiderne er presset sammen, danner fastsiddende pletter, Cattania forklarede. "Forchok repræsenterer brud på disse fastsiddende pletter." Disse brud øger derefter stress i omkringliggende områder, gradvist "løsne" fejlen og få aseismisk glidning til at accelerere. "Hurtigere aseismisk glidning, på tur, stresser nærliggende seismiske pletter og udløser flere forchok. Denne positive tilbagemelding forårsager en udvidelse af det glidende område og stadig hyppigere forchok, op til hovedstødet, " hun sagde.

Ifølge Cattania, dette betyder, at fejlruhed derfor er den underliggende årsag til tilbagekoblingen mellem forchok og aseismisk glidning. Hun sagde, "Da alle fejl er grove, seismisk og aseismisk glidning vil sandsynligvis eksistere side om side under de fleste forchoksekvenser. De klassiske mekanismer, der er foreslået for forchok - enten drevet af aseismisk glidning eller en fuldstændig seismisk kaskade - fanger hver del af processen, men de udelukker ikke hinanden."

Simulering af jordskælvssekvenser

Beviser for ideen om forchok som følge af en kombination af accelererende aseismisk glidning og kaskader af små jordskælv kommer fra computermodellering. Cattania og Segall opstiller numeriske simuleringer af seismiske cyklusser på grove fejl, med geometri i overensstemmelse med data fra marken og laboratoriet.

Holdets simuleringer viste prognoser, der accelererede frem til hovedstødet, i overensstemmelse med de mønstre, der ses i gennemsnittet af data fra den virkelige verden - et vidnesbyrd om modellens nøjagtighed. I fremtiden, det er muligt, at modellens forudsigelser kan bruges til at skaffe ny indsigt om forskudssekvenser fra eksisterende datasæt og afdække tidligere savnede eller fejlfortolkede tilfælde af aseismisk glidning. "Vores resultater giver en fysisk fortolkning af forchok, " sagde Cattania. "Men der mangler meget arbejde, før denne viden kan omsættes til prognoser."