В новом исследовании, опубликованном 27 января в Nature Communications, исследователи использовали новую технику для изучения разломов в Японской впадине, зоне субдукции, где произошло землетрясение Тохоку-Оки. Их выводы показывают долгую историю сильных землетрясений в этой зоне разлома, где они обнаружили несколько разломов, свидетельствующих о проскальзывании более 10 метров во время сильных землетрясений.
«Мы нашли доказательства многих сильных землетрясений, которые прорвались на морское дно и могли вызвать цунами, подобные тому, что произошло в 2011 году», – сказал соавтор Пратигья Полиссар, доцент кафедры наук об океане Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Японские исследователи, изучающие отложения отложений на суше, обнаружили свидетельства по крайней мере трех подобных цунами, произошедших в этом регионе с интервалом примерно в 1000 лет. Новое исследование предполагает, что в этой зоне разлома было даже больше сильных землетрясений, чем тех, которые оставили после себя свидетельства сильных цунами на суше, сказала соавтор Хизер Сэвидж, доцент кафедры наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Сэвидж и Полиссар разработали методику оценки истории землетрясений на разломе путем анализа органических молекул, захваченных в осадочных породах.
Первоначально синтезированные морскими водорослями и другими организмами, эти «биомаркеры» изменяются или разрушаются под воздействием тепла, включая нагрев от трения, возникающий при скольжении разлома во время землетрясения. Благодаря обширным лабораторным испытаниям за последнее десятилетие Savage и Polissar разработали методы количественной оценки термической эволюции этих биомаркеров и их использования для восстановления температурной истории неисправности.
В рамках проекта быстрого бурения японской траншеи (JFAST) была пробурена зона разлома в 2012 году с извлечением керна и установкой температурной обсерватории. Сейсмолог UCSC Эмили Бродски помогла организовать JFAST, который дал первое прямое измерение теплоты трения, вызванной сдвигом разлома во время землетрясения (см. Предыдущий рассказ). Однако это тепло рассеивается после землетрясения, поэтому сигнал слабый и кратковременный.
«Биомаркеры позволяют нам обнаруживать постоянные изменения в породе, которые сохраняют запись о нагревании в результате разлома», – сказал Сэвидж.
Для нового исследования исследователи изучили керны JFAST, которые простирались через зону разлома в погружающуюся плиту ниже. «Это сложная зона разломов, и по всей активной зоне было много разломов. Мы смогли сказать, какие разломы свидетельствовали о сильных землетрясениях в прошлом, – сказал Сэвидж.
Одна из их целей состояла в том, чтобы понять, были ли некоторые типы пород в зоне разлома более склонны к большому скольжению при землетрясении, чем другие породы. Керны прошли через слои аргиллитов и глин с разной силой трения.
Но анализ биомаркеров показал свидетельства большого сейсмического сдвига по разломам во всех различных типах горных пород. Исследователи пришли к выводу, что различия в фрикционных свойствах не обязательно определяют вероятность большого мелкого скольжения или сейсмической опасности.
Сэвидж и Полиссар начали работать над техникой биомаркеров в качестве исследователей-исследователей в Калифорнийском университете в Санта-Крус, опубликовав свою первую статью об этом вместе с Бродским в 2011 году. Они продолжили его разработку в качестве исследователей в Обсерватории Земли Ламонта-Доэрти Колумбийского университета, прежде чем вернуться в Калифорнийский университет в Санта-Крус в качестве преподавателей в 2019 году.
Ханна Рабинович, первый автор новой статьи, работала с ними в аспирантуре Колумбийского университета, а сейчас работает в Университете штата Калифорния.S. Департамент энергетики.
«Мы протестировали этот метод на разных породах с разным возрастом и историей нагрева, и теперь мы можем сказать, что да, по этому разлому произошло землетрясение, и мы можем сказать, было ли это большое или много маленьких», – сказал Сэвидж. "Теперь мы можем применить эту технику к другим неисправностям, чтобы узнать больше об их истории."
Помимо Рабиновица, Сэвиджа и Полиссара, соавторами статьи являются Кристи Роу и Джеймс Киркпатрик из Университета Макгилла.
Работа финансировалась Национальным научным фондом. Проект JFAST спонсировался Международной программой морского бурения (IODP).