Undersøgelser tyder på, at kraftigt snefald og regn kan bidrage til nogle jordskælv

Når videnskabsmænd leder efter årsagen til et jordskælv, starter deres søgning ofte under jorden. Som århundreders seismiske undersøgelser har gjort det klart, er det kollisionen af ​​tektoniske plader og bevægelsen af ​​underjordiske forkastninger og sprækker, der primært udløser en storm.

Men MIT-forskere har nu fundet ud af, at visse vejrbegivenheder også kan spille en rolle i at udløse nogle jordskælv.

I en undersøgelse, der vises i Science Advances , rapporterer forskerne, at episoder med kraftigt snefald og regn sandsynligvis har bidraget til en sværm af jordskælv i løbet af de sidste mange år i det nordlige Japan. Undersøgelsen er den første, der viser, at klimaforhold kan udløse nogle jordskælv.

"Vi ser, at snefald og anden miljøbelastning ved overfladen påvirker stresstilstanden under jorden, og tidspunktet for intense nedbørshændelser er velkorreleret med starten på denne jordskælvsværm," siger studieforfatter William Frank, en adjunkt i MIT's afdeling af Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS). "Så klimaet har naturligvis en indflydelse på den faste jords reaktion, og en del af den reaktion er jordskælv."

Den nye undersøgelse fokuserer på en række igangværende jordskælv på Japans Noto-halvø. Holdet opdagede, at seismisk aktivitet i regionen overraskende er synkroniseret med visse ændringer i underjordisk tryk, og at disse ændringer er påvirket af sæsonbestemte mønstre af snefald og nedbør. Forskerne formoder, at denne nye forbindelse mellem jordskælv og klima muligvis ikke er unik for Japan og kan spille en rolle i at ryste andre dele af verden.

Ser man på fremtiden forudser de, at klimaets indflydelse på jordskælv kan blive mere udtalt med den globale opvarmning.

"Hvis vi går ind i et klima, der ændrer sig, med mere ekstreme nedbørshændelser, og vi forventer en omfordeling af vand i atmosfæren, oceanerne og kontinenterne, vil det ændre, hvordan jordskorpen belastes," tilføjer Frank. "Det vil helt sikkert have en indflydelse, og det er et link, vi kunne udforske yderligere."

Studiets hovedforfatter er tidligere MIT-forskningsassocieret Qing-Yu Wang (nu ved Grenoble Alpes Universitet), og inkluderer også EAPS postdoc Xin Cui, Yang Lu fra Universitetet i Wien, Takashi Hirose fra Tohoku Universitet og Kazushige Obara fra Universitetet i Tokyo.

Seismisk hastighed

Siden slutningen af ​​2020 har hundredvis af små jordskælv rystet Japans Noto-halvø op - en jordfinger, der krummer nordpå fra landets hovedø ind i Det Japanske Hav. I modsætning til en typisk jordskælvssekvens, der begynder som et hovedchok, der giver plads til en række efterskælv, før de dør ud, er Notos seismiske aktivitet en "jordskælvsværm" - et mønster af flere, igangværende jordskælv uden tydeligt hovedchok eller seismisk trigger .

MIT-teamet, sammen med deres kolleger i Japan, havde til formål at få øje på ethvert mønster i sværmen, der kunne forklare de vedvarende jordskælv. De startede med at kigge igennem det japanske meteorologiske agenturs katalog over jordskælv, der giver data om seismisk aktivitet i hele landet over tid. De fokuserede på jordskælv på Noto-halvøen i løbet af de sidste 11 år, hvor regionen har oplevet episodisk jordskælvsaktivitet, inklusive den seneste sværm.

Med seismiske data fra kataloget talte holdet antallet af seismiske hændelser, der fandt sted i regionen over tid, og fandt ud af, at tidspunktet for jordskælv før 2020 virkede sporadisk og ikke-relateret sammenlignet med slutningen af ​​2020, hvor jordskælv blev mere intense og klyngede sammen. i tide, hvilket signalerer starten på sværmen med jordskælv, der er korreleret på en eller anden måde.

Forskerne kiggede derefter på et andet datasæt af seismiske målinger taget af overvågningsstationer over den samme 11-årige periode. Hver station registrerer løbende enhver forskydning eller lokal rystelse, der opstår. Rysten fra en station til en anden kan give forskerne en idé om, hvor hurtigt en seismisk bølge bevæger sig mellem stationerne. Denne "seismiske hastighed" er relateret til jordens struktur, som den seismiske bølge bevæger sig igennem. Wang brugte stationsmålingerne til at beregne den seismiske hastighed mellem hver station i og omkring Noto i løbet af de sidste 11 år.

Forskerne genererede et udviklende billede af seismisk hastighed under Noto-halvøen og observerede et overraskende mønster:I 2020, omkring hvor jordskælvsværmen menes at være begyndt, så ændringer i seismisk hastighed ud til at være synkroniseret med årstiderne.

"Vi måtte så forklare, hvorfor vi observerede denne sæsonvariation," siger Frank.

Snetryk

Holdet spekulerede på, om miljøændringer fra sæson til sæson kunne påvirke Jordens underliggende struktur på en måde, der ville sætte gang i en jordskælvsværm. Specifikt så de på, hvordan sæsonbestemt nedbør ville påvirke det underjordiske "porevæsketryk" - mængden af ​​tryk, som væsker i Jordens revner og sprækker udøver i grundfjeldet.

"Når det regner eller sner, tilføjer det vægt, hvilket øger poretrykket, hvilket tillader seismiske bølger at rejse langsommere igennem," forklarer Frank. "Når al den vægt er fjernet gennem fordampning eller afstrømning, falder poretrykket pludselig, og seismiske bølger er hurtigere."

Wang og Cui udviklede en hydromekanisk model af Noto-halvøen for at simulere det underliggende poretryk over de sidste 11 år som svar på sæsonbestemte ændringer i nedbør. De indførte meteorologiske data fra modellen fra samme periode, inklusive målinger af daglig sne, nedbør og ændringer i havniveauet.

Fra deres model var de i stand til at spore ændringer i overskydende poretryk under Noto-halvøen før og under jordskælvets sværm. De sammenlignede derefter denne tidslinje for udviklende poretryk med deres udviklingsbillede af seismisk hastighed.

"Vi havde seismiske hastighedsobservationer, og vi havde modellen for overskydende poretryk, og da vi overlappede dem, så vi, at de bare passede ekstremt godt," siger Frank.

De fandt især ud af, at når de inkluderede snefaldsdata, og især ekstreme snefaldsbegivenheder, var overensstemmelsen mellem modellen og observationerne stærkere, end hvis de kun tog højde for nedbør og andre begivenheder. Med andre ord kan den igangværende jordskælvsværm, som Noto-beboerne har oplevet, delvist forklares med sæsonbestemt nedbør og især kraftige snefaldsbegivenheder.

"Vi kan se, at tidspunktet for disse jordskælv stemmer meget godt overens med flere gange, hvor vi ser intenst snefald," siger Frank. "Det er godt korreleret med jordskælvsaktivitet. Og vi tror, ​​der er en fysisk forbindelse mellem de to."

Forskerne formoder, at kraftigt snefald og lignende ekstrem nedbør kan spille en rolle i jordskælv andre steder, selvom de understreger, at den primære udløser altid vil stamme fra under jorden.

"Når vi først vil forstå, hvordan jordskælv virker, ser vi på pladetektonikken, fordi det er og vil altid være den vigtigste grund til, at et jordskælv sker," siger Frank. "Men hvad er de andre ting, der kan påvirke, hvornår og hvordan et jordskælv sker? Det er, når du begynder at gå til andenordens kontrollerende faktorer, og klimaet er åbenbart en af ​​dem."

Flere oplysninger: Qing-Yu Wang, Udrede de miljømæssige og tektoniske drivkræfter bag jordskælvsværmen i Noto i Japan, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.ado1469. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado1469

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Massachusetts Institute of Technology

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.