Pada 11 Mac 2011, gempa bumi 9.0 magnitud mengguncang Jepun selama hampir enam minit, mencetuskan tsunami dan bencana nuklear yang secara kolektif membunuh hampir 20, 000 orang. Tetapi di bawah permukaan, plat tektonik dari pantai timur Jepun telah diam-diam mula beralih jauh sebelum gemetar bermula. Pada Februari 2011, dua gempa bumi yang lebih tenang mula perlahan-lahan merayap di sepanjang Trench Jepun menuju ke titik di mana gempa besar megathrust itu akan meletup sebulan kemudian.
Kandungan Terkait
- Geologi Di Sebalik Gempa Bencana Itali
- Kelemahan Seismik Boleh Mengingatkan Gempa Bumi yang Berlaku
Gempa-gempuan aneh yang aneh ini disebut peristiwa lambat yang lambat, atau istilah gempa payung yang lambat untuk spektrum bergerak dan gemetaran yang lemah yang terjadi di sempadan antara plat tektonik. Ditemui hanya dalam 20 tahun yang lalu, gempa bumi perlahan masih merupakan teka-teki seismik. Mereka boleh mengalihkan lekapan tektonik sebanyak atau lebih daripada magnitud 7 gempa. Tetapi sementara gempa bumi secara tiba-tiba melepaskan gelombang seismik yang boleh menggulingkan bangunan, gempa yang perlahan berlangsung beberapa hari, bulan, kadang-kadang bertahun-tahun-dan orang-orang di dekatnya tidak pernah merasakan sesuatu.
Gegaran-gumpalan yang tidak dapat dilihat ini dianggap telah mendahului gempa besar yang merobohkan Jepun, Mexico dan Chile-tetapi kita tidak tahu jika gempa bumi yang perlahan mencetuskan tembikar yang besar atau bahkan bagaimana ia berkaitan dengan rakan-rakan mereka yang lebih cepat, lebih berbahaya. Mengekodkan apabila, di mana dan mengapa mogok gempa yang perlahan dapat membantu kita memahami zon-zon kesalahan yang paling berbahaya di planet kita-dan mungkin juga membantu kita meramalkan gempa dan tsunami yang dahsyat sebelum mereka mengambil tol mereka.
"Ini misteri yang benar, " kata Heidi Houston, ahli geofizik di Universiti Washington di Seattle. "Kami belajar gempa bumi selama beberapa dekad dan kami memahami beberapa perkara tentang mereka-dan kemudian proses ini datang dan ia adalah sama dalam beberapa aspek, dan sangat berbeza dalam beberapa aspek lain."
Memasang sensor untuk memantau pergerakan halus bumi. (Courtesy Herb Dragert) Sebelum akhir 1990-an, ahli geoscientis menyangka mereka memahami bagaimana jigsaw puzzle plat tektonik merangkumi langkah permukaan bumi dan bersesuaian. Mereka mengandaikan bahawa sebagai satu kepingan slaid kerak Bumi melepasi yang lain, piring-piringnya sama ada merayap di antara satu sama lain atau terjebak, menimbulkan tekanan sehingga mereka melepaskan letupan bebas dalam gempa bumi yang meresap dari zon kesalahan.
Tetapi bermula dari permulaan milenium baru, penerbitan saintifik menyerlahkan satu kelas baru gempa bumi yang berulang dan berleluasa yang diperhatikan pada tepi bertentangan di Lingkaran Pasifik.
Laporan pertama peristiwa tergelincir lambat jelas berasal dari Zon Subduksi Cascadia, yang dibentuk oleh plat Juan de Fuca yang mendorong di bawah plat Amerika Utara dari utara California ke Pulau Vancouver. Di sana, kawasan-kawasan sekitar 20 batu di bawah permukaannya dilembutkan oleh kedalaman dan suhu tinggi dan meluncur dengan lancar melewati satu sama lain. Tetapi bahagian yang lebih cetek dan rapuh dari plat tektonik gelongsor boleh menjadi terperangkap bersama sehingga rantau terjebak pecah di megathrust gergasi. Cascadia tidak melepaskan gempa gergasi sejak tahun 1700-tetapi kegoncangan di komuniti seismik mencadangkan yang besar akan datang.
Pada tahun 1999, ahli geofizik Herb Dragert dengan Penyiasatan Geologi Kanada menyedari bahawa beberapa stesen pengawasan GPS yang berterusan di Pulau Vancouver selatan dan Semenanjung Olimpik bersikap aneh. Tujuh daripada mereka melompat kira-kira satu perempat inci selama beberapa minggu dalam arah yang bertentangan pergerakan biasa plat. Lompat ke belakang ini adalah apa yang anda jangkakan akan dapat dilihat dalam gempa bumi-tetapi tidak ada gegaran yang dapat dikesan.
"Herb sangat bimbang pada mulanya-dia fikir ada sesuatu yang tidak kena dengan data, " kata Kelin Wang, seorang saintis di Penyiasatan Geologi Kanada yang bekerja dengan Dragert dan pakar geosains Thomas James untuk membacanya teka-teki ini. "Dia mencuba segala-galanya untuk membuktikan dirinya salah, dan semuanya gagal."
Itu kerana tidak ada yang salah dengan data. Pasukan itu menyedari bahawa mereka melihat plat Amerika Utara dan pinggan Juan de Fuca perlahan-lahan tergelincir sebagai lubang di mana mereka terjebak bersama-sama. Di antara 18 hingga 24 batu di bawah permukaan, tompok-tompok ini terletak di atas suhu tinggi, tekanan tinggi di mana plat meluncur dengan lancar, tetapi di bawah bahagian yang menjana gempa bumi terkunci di zon subduksi. Dan ternyata bahawa zon perantaraan melekat pada jadual, kira-kira setiap 14 bulan.
Sekitar waktu yang sama, di seluruh Lautan Pasifik, seorang ahli seismologi dengan Institut Penyelidikan Kebangsaan untuk Sains Bumi dan Pencegahan Bencana menyaksikan getaran frekuensi rendah yang menyebar secara berkala dari seismometer ke seismometer merentasi zon subduksi Nankai Trough di Barat Daya Jepun. Kazushige Obara, yang kini berada di Institut Penyelidikan Gempa Bumi Tokyo, memerhatikan bahawa gegaran ini bermula 21 batu di bawah permukaan dan boleh berlangsung selama beberapa hari, menyerupai gegaran yang menyertai letusan gunung berapi-tetapi ini bukan kawasan gunung berapi.
Apabila Obara dan Dragert bertemu di persidangan, mereka menyedari bahawa peristiwa tergelincir lambat Dragert yang dikesan oleh GPS dan penggetaran non-vulkanik Obara yang diambil pada seismometers boleh menjadi tanda-tanda jenis pergerakan plat yang tidak dapat dilihat dalam zon subduksi.
"Saya tersentuh dengan tempoh masa yang sama, penjajaran sama dengan mogok zon subduksi masing-masing, kedalaman yang serupa, " kata Dragert dalam e-mel.
Jadi ketika Dragert kembali ke Kanada, rekannya, Garry Rogers, seorang ahli seismologi yang kini bekerja dengan Dragert di Penyiasatan Geologi Kanada, memburu kotak-kotak seismograms lama untuk mengenal pasti bentuk gelombang bergetar. Mereka dapati setiap kali unit GPS mencatatkan peristiwa slip perlahan.
"Rambutnya berdiri di belakang leher saya, " kata Rogers. "Itu hari yang sangat menarik."
Tidak lama selepas itu, Obara memadankan satu slip ke arah gegaran yang dilihatnya di Jepun. Sekarang, kita tahu bahawa terdapat pelbagai jenis gempa yang perlahan yang boleh terjadi dengan atau tanpa gegaran, pada kedalaman yang berbeza, dan untuk tempoh yang berbeza. Mereka secara senyap-senyap merosot melalui zon subduksi di pantai-pantai Alaska, Costa Rica, Mexico, New Zealand dan bahkan melalui antara muka plat menegak San Andreas Fault, semuanya tanpa pengesanan (kecuali anda satelit atau seismometer).
"Kami benar-benar tidak tahu bahawa terdapat spektrum yang kaya ini dan keluarga peristiwa-peristiwa kesilapan, " kata Laura Wallace, ahli geofizik di University of Texas di Austin yang mempelajari perlahan gempa bumi di pantai New Zealand. "Ia benar-benar mengubah pemahaman kita tentang bagaimana kesalahan berlaku di sempadan plat dan bagaimana pergerakan plat disesuaikan. Ia satu perkara yang sangat besar. "
New Zealand dan dasar laut. Hikurangi Trench terletak di selatan parit biru gelap (Kermadec Trench) di tengah-tengah imej ini. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Tetapi menyiasat spektrum yang kaya dengan peristiwa slip perlahan ini adalah satu cabaran-sebahagiannya kerana mereka sangat halus, dan sebahagiannya kerana mereka tidak boleh diakses.
"Ia hanya sukar untuk melihat sesuatu yang mendalam di Bumi, " kata Rogers. Terutama jika sesuatu itu juga jauh di bawah laut, seperti peristiwa slip lambat yang mengalihkan parit Hikurangi dari pantai timur Pulau Utara New Zealand sehingga beberapa inci setiap beberapa tahun.
Jadi pada tahun 2014, Wallace menjadi kreatif. Dia mengetuai penggunaan rangkaian tolok tekanan bawah air untuk mengesan pergerakan menegak di dasar laut yang mungkin menandakan peristiwa slip perlahan. Dia mengetepikannya tepat: Pengukur tekanan mengesan lantai dasar di bawahnya mengalir dan turun, yang mana Wallace dan pasukannya dikira bermakna plat telah tergelincir sekitar 4 hingga 8 inci selama beberapa minggu. Tidak seperti slip lambat yang berlaku di bawah permukaan di Cascadia dan Jepun, slip ini berasal dari jarak 2.5 hingga 4 batu di bawah dasar laut - yang bermaksud bahawa gempa bumi perlahan boleh berlaku dengan mendalam dan di bawah keadaan yang jauh berbeza daripada yang mereka pada mulanya ditemui di.
Terlebih lagi, bahagian parit yang mengukur tekanan Wallace yang terperangkap tergelincir adalah seksyen yang sama yang menjana dua tsunami di belakang pada tahun 1947 yang runtuh sebuah pondok, membuang dua lelaki di jalan pedalaman, dan tidak membunuh sesiapa pun.
"Sekiranya kita dapat memahami hubungan antara peristiwa slip lambat dan gempa bumi yang merosakkan di zon subduksi, akhirnya kita mungkin dapat menggunakan perkara ini dengan cara peramalan, " katanya.
Tetapi pertama, kita perlu lebih baik mengesan dan mengawasi mereka, yang mana sebenarnya yang dilakukan Demian Saffer di Pennsylvania State University. Sepanjang enam tahun yang lalu, beliau bekerja dengan para saintis di Jepun dan Jerman untuk menubuhkan dua pemerhati lubang-pada dasarnya, koleksi instrumen yang dimeteraikan ke lubang-lubang gerudi jauh di bawah dasar laut berhampiran Nankai Trench di Barat Daya Jepun-tempat di mana Obara pertama kali menemui gegaran .
Daripada pemerhatian borehole ini juga dari data yang dikumpulkan oleh rangkaian sensor laut, pasukannya telah mengumpulkan bukti pendahuluan untuk slip lambat yang bertepatan dengan gerombolan gempa kekerapan yang kecil dan rendah. Saffer mengesyaki slip perlahan perlahan ini boleh melepaskan tekanan tersekat di sempadan plat yang sebaliknya akan pecah dalam gempa bumi yang melanda.
Beliau membandingkan fenomena ini dengan klac tergelincir yang membina sedikit tekanan, tetapi kemudian gagal setiap beberapa bulan hingga tahun. "Apa yang kita lihat adalah sangat awal, tetapi kita melihat tanda-tanda peristiwa lambat yang lazimnya kelihatan melegakan tekanan pada sempadan pinggan, yang agak keren, " katanya. Dia akan membentangkan hasil ini di mesyuarat Kesatuan Geofizik Amerika musim gugur ini.
Para penyelidik mengambil serangkaian sensor bawah air yang telah memantau perlahan perlahan di pantai New Zealand. (Courtesy Erin Todd di University of California-Santa Cruz) Wallace, Saffer dan pasukan saintis antarabangsa yang besar sedang merancang ekspedisi untuk 2018 untuk menggerudi ke parit Hikurangi untuk menubuhkan pemerhatian serupa. Dan semasa mereka menggerudi berputar ke dalam kerangka lautan, mereka merancang untuk mengumpul sampel batu-batu yang membentuk plat tektonik untuk memahami apa yang ada mengenai mineral dan cecair di zon subduksi yang membolehkan gelincir lambat berlaku.
"Terdapat banyak teori tentang apa jenis keadaan fizikal yang mungkin menyebabkan kelakuan slip perlahan ini, " kata Wallace. Dia mengatakan salah satu yang paling popular ialah cecair yang berlebihan dalam zon bersalah melemahkannya dan membolehkan ia tergelincir lebih mudah. "Tetapi kita masih tidak faham, " tambahnya.
Kembali ke mana ia bermula, di zon subduksi Cascadia, Universiti Washington Heidi Houston juga sedang berusaha untuk memahami mekanisme asas yang mendasari gempa bumi perlahan. "Proses apa yang membuat mereka perlahan?" Kata Houston. "Itulah misteri tengah mereka."
Houston baru-baru ini mendapati bahawa sebagai gegaran gegaran di bawah zon kejahatan, kuasa sebagai duniawi sebagai air pasang dapat menguatkan mereka. Dia terus menyiasat bagaimana kedalaman, tekanan bendalir, dan mineral yang didepositkan di sempadan antara plat tektonik mengubah sifat gempa bumi perlahan.
Seperti ahli seismologi yang lain, ahli geosintesis dan ahli geofizik yang telah diturunkan ke arah gempa bumi yang perlahan sejak mereka ditemui, keseronokan yang tidak diketahui pasti memotivasi Houston-sama ada kemungkinan bahawa pemahaman perlahan-lahan gempa mungkin suatu hari memberi kita gambaran tentang gempa-maut yang mematikan.
"Saya mempunyai masa hidup saya mengkaji proses ini, " katanya.
