Spørgsmål og svar:Afklaring af megathrust-jordskælvsmekanismen

Der er en 70-80% chance for, at Nankai Trough Megathrust jordskælvet vil forekomme i de næste 30 år. Det forventes at forårsage mere omfattende skade end jordskælvet i det store østlige Japan i 2011, og dødsulykkerne kan overstige 320.000.

Det menes, at dette megathrust-jordskælv vil opstå, når belastningsenergien, der akkumuleres ved pladegrænsefladen på grund af subduktionen af ​​den filippinske havplade under den eurasiske plade (eller Amur-pladen) på landsiden overstiger en vis grænse, hvilket vil forårsage kontinental eurasisk plade til at springe op.

I de senere år har forholdet mellem hændelser med langsom udskridning og gigantiske megathrust-jordskælv fået stor opmærksomhed. Langsomme sliphændelser involverer gradvis glidning i pladegrænsefladen over en længere periode. Hvilke fremskridt er der gjort med at forudsige og belyse de underliggende mekanismer bag megathrust-jordskælv?

Vi spurgte Dr. Yoshioka Shoichi, en professor ved Research Center for Urban Safety and Security, som bruger computerdataanalyse og numeriske simuleringer til at studere jordskælvs mekanismer, om den aktuelle forskningstilstand.

Hvad inspirerede dig til at studere jordskælv?

Når jeg ser tilbage, var udløseren filmen "Japan Sinks", som min bedstemor tog mig med for at se, da jeg gik i folkeskolen. Jeg blev overvældet af de dynamiske billeder af magma, der bryder ud fra vulkaner og japanske øer, der synker. Denne film tændte min interesse for solid geofysik.

Da jeg studerede på Det Naturvidenskabelige Fakultet på Kobe Universitet, tilhørte jeg et laboratorium, der studerede stenmineralogi, som var en del af det solide geofysiske felt. Solid geofysik dækkede jordskælv i bred forstand, så jeg studerede aspekter relateret til jordskælv, ikke jordskælv i sig selv. Derefter gik jeg videre til en kandidatskole på Kyoto University, hvor jeg begyndte at forske i seismologi i forskningsafdelingen for forudsigelse og målinger af jordskælv.

Påvirkede det store Hanshin-Awaji-jordskælv i 1995 (almindeligvis kendt som Kobe-jordskælvet i 1995 uden for Japan) din forskning?

På tidspunktet for det store Hanshin-Awaji jordskælv var jeg adjunkt ved Ehime University. Selvom jeg boede i Matsuyama City, Ehime Prefecture, som er mere end 200 km væk fra epicentret, var bevægelsen forårsaget af seismiske bølger så intens, at jeg oprindeligt troede, at det såkaldte Tokai-jordskælv havde fundet sted.

Omkring tre uger efter Hanshin-Awaji-jordskælvet besøgte jeg de beskadigede områder, så Nojima-forkastningen på Awaji-øen og gik rundt i Kobe City. Jeg kan huske, at den bygning, hvor jeg plejede at bo, da jeg var studerende, var væk; Jeg havde mange værdifulde erfaringer på Ehime University, men jeg studerede stadig solid geofysik som en ren videnskab, fordi der ikke var nogen jordskælvsspecialister der. Derfor følte jeg ikke, at jeg tacklede jordskælv direkte.

Dit aktuelle forskningstema er jordskælvsprognose og forekomstmekanismer. Hvad førte dig til dette tema, og hvornår begyndte du at undersøge det?

I 2009 blev jeg udnævnt til Forskningscenter for Bysikkerhed og Sikkerhed ved Kobe Universitet. Centret udførte forskning, der ville være til gavn for mennesker under principperne om at "beskytte menneskeliv" og "afbøde og reducere katastrofer." Mange af forskerne på centret var inden for ingeniørområdet, så jeg besluttede at engagere mig i jordskælvsprognoser og forskning i mekanismer for jordskælvsforekomst. Indtil dette tidspunkt havde min forskning fokuseret på dybe områder af Jorden.

Men da store jordskælv forekommer i lavvandede områder, flyttede jeg min forskning til områder, der er lavere end en dybde på omkring 50 km. Jeg besluttede at fremme min forskning ved at bruge mine egne metoder og originalitet, som jeg havde dyrket indtil da.

Hvad præcist mener du med originalitet?

Mange forskere studerer jordskælv gennem observationer. Jeg ønskede ikke at udføre observationsundersøgelser. I stedet ville jeg udelukkende fokusere på computerbaseret dataanalyse og numerisk modellering. Jeg værdsætter originalitet i min forskning, så jeg ønskede ikke at gentage andres forskning. Jeg sigter mod at fremme meget original forskning som et helt laboratorium via samarbejder med studerende, udtænke ideer på egen hånd og diskutere dem med studerende.

Det virker udfordrende at belyse forekomstmekanismen for megathrust-jordskælv ved at analysere observationsdata. Din forskning er blevet godkendt under Kobe University Strategic International Collaborative Research Grant-program, og du skal arbejde på fælles forskning med forskere i Mexico og Chile. Kan du fortælle os mere om dette spændende samarbejde?

Jeg er interesseret i matematiske og fysiske tilgange ved hjælp af observationsdata fra Japan, Mexico og Chile til at forstå og forudsige mekanismer for jordskælvsforekomst. Alle tre lande er placeret på Stillehavsranden, hvor der sandsynligvis vil opstå megathrust-jordskælv, når oceaniske plader subduceres under kontinentalplader.

Japan oplevede jordskælvet i det store østlige Japan i 2011; Chile oplevede verdens største jordskælv i 1960, Valdivia-jordskælvet med en styrke på 9,5 og derefter Maule-jordskælvet i 2010 med en styrke på 8,8, og Mexico oplevede Tehuantepec-jordskælvet i 2017 med en styrke på 8,2.

Desuden har disse lande seismiske kløftområder, hvor jordskælv ikke har fundet sted i lange perioder. For eksempel har Guerrero-regionen i Mexico ikke oplevet et jordskælv i over 100 år. Tilsvarende har Chile også et seismisk hulområde, og Japan har Nankai-truget.

Tidligere inviterede jeg mine nuværende medforskere fra Mexico og Chile til Kobe under programmet Research Center for Urban Safety and Security. Jeg tænkte, at det ville være interessant at forene kræfterne, fordi vi allerede har været i kontakt, og vores forskningsinteresser stemmer overens.

Hvorfor har forholdet mellem langsom udskridning (eller langsomme jordskælv) ved pladegrænser og store jordskælv for nylig fået stor opmærksomhed?

En langsom sliphændelse er et fænomen opdaget i Japan omkring 2000, hvor to plader langsomt bevæger sig i modsatte retninger ved en pladegrænse. Efter det store Hanshin-Awaji-jordskælv etablerede National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience (NIED) et meget følsomt seismisk observationsnetværk kaldet "Hi-NET" over hele de japanske øer. Dette netværk registrerede tektoniske rystelser, som tidligere blev anset for at være støj, såsom tog- og lastbilvibrationer.

En detaljeret undersøgelse af denne støj viste imidlertid, at den er pænt arrangeret i en bælte-lignende form på det dybe forlængelsesplan af det hypotetiske kildeområde for Nankai Trough-jordskælvet (fra den nordlige del af Shikoku til Tokai-regionen gennem den centrale del af Kii-halvøen).

Derudover etablerede Geospatial Information Authority of Japan et højtydende GPS-observationsnetværk på omkring 1.300 steder i hele Japan for at observere, hvordan jordoverfladen bevæger sig over tid. Dette netværk identificerede hændelser med langsom slip i Bungo-kanalen mellem Kyushu og Shikoku-øerne.

Efterfølgende blev hændelser med langsom udskridning bekræftet på dybere fly i Stillehavsranden, herunder Californien og Alaska i USA, samt Canada og New Zealand. Disse dybere planer er forlængelser af pladegrænser, der er placeret i seismiske spalteområder med megathrust-jordskælv.

Jeg mener, at computersimuleringer af sådanne langsom glidehændelser bør hjælpe os med at forstå mekanismen bag megathrust-jordskælv, forudsige jordskælv med en vis grad af præcision og afklare resultaterne. Da det nu er kendt, at langsomme jordskælv kan forårsage hurtige jordskælv (almindelige jordskælv), er det et forsøg værd.

Hvad er dine fremtidige forskningsplaner og -mål?

Selvom det er ret svært at belyse kerneforekomstmekanismen bag megathrust-jordskælv, er jeg fast besluttet på støt at fremme vores forskningssamarbejde og offentliggøre vores indsats som internationale fælles artikler. Japan har en overflod af observationsdata af høj kvalitet og har udviklet unikke teknologier fra dette.

Mexicanske forskere skaber ofte matematiske modeller for at forklare forekomsten af ​​jordskælv, mens nogle chilenske forskere er eksperter i kunstig intelligens. Således vil vores samarbejde give visse resultater.

Vi tror på, at vi kan komme så tæt som muligt på den sande natur af megathrust jordskælv ved at udvikle en temperaturstrukturmodel, som forbinder temperatur-dehydrering forholdet (hvor plader har en tendens til at glide, når de dehydreres på grund af øget temperatur og tryk) med faktiske jordskælv begivenheder.

Det siges, at det er svært at forudsige jordskælv nøjagtigt. Vil det være muligt i fremtiden?

Statistisk set vil Nankai Trough-jordskælv sandsynligvis forekomme en gang hvert 90-150 år baseret på tidligere jordskælv. Det største problem er, at denne prognose ikke bruger nogen aktuelle observationsdata fra højfølsomme seismografer eller GPS. I tilfældet med jordskælvet i det store østlige Japan i 2011 viste data, at hændelser med langsom udskridning fandt sted i områder under havet umiddelbart før jordskælvet.

Vi håber at inkorporere sådanne data for at finde en sammenhæng mellem hændelser med langsom udskridning og megathrust jordskælv for at forbedre prognoserne. Robuste jordskælvsforudsigelser skal præcist ekstrapolere tre faktorer:stedet for forekomsten, tidspunktet for forekomsten og jordskælvets størrelse.

Blandt de tre er det særligt svært at forudsige tidspunktet for et jordskælv. Inden for et par år håber jeg at være i stand til at forudsige megathrust jordskælv med en reduceret fejlrate. Til dette formål stræber jeg efter at videregive mine forskningsresultater til næste generation i håbet om, at de vil bidrage til fremtidige gennembrud.

Leveret af Kobe University