A 9.0-es erősségű Tohoku-Oki földrengéssel kapcsolatos új kutatás a földtudomány, az anyagtulajdonságok és a fejlett modellezési technikák metszéspontját kutatja. Ezen tudományterületek szempontjainak kombinálásával Ehsan Jamali Hondori és a Jin-Oh Park A Tokiói Egyetemen sikerült azonosítani a tenger alatti üledékek szerepét ebben a 2011-ben Japánt sújtó halálos földrengésben. A kutatás segíthet azonosítani azokat a hibákat, amelyek hajlamosak lesznek hasonló földrengésekre a jövőben.
A duó munkája egy sekély lemezhatár-tolási törésre, más néven dekolmentumra összpontosított, amely a tektonikus aktivitás nagyon sekély és instabil zónája. Ez a hiba a Japán keleti partjainál található japán árok aláhúzási zónához képest helyezkedik el, és a szakadása a tengerfenéken olyan zavarokhoz vezetett, amelyek a Tohoku-Oki földrengéshez kapcsolódó szökőárhullámokat idézték elő. Ez a nagyszabású értelmezés jól elfogadott; azonban, ami további vizsgálatot igényel, az az alatta lévő üledékek (réteges részecskék, amelyek még nem váltak szilárd kőzetgé) stabilitása, amelyek befolyásolhatták a törés repedésterjedését.
Jamali Hondori és Park ezt a stabilitást kétdimenziós szeizmikus képalkotással tanulmányozták, majd a dekolmentum üledékeinek pórus-folyadéknyomás-számításával. A szeizmikus képalkotás lehetővé teszi a geológiai struktúrák rekonstrukcióját, a pórus-folyadék nyomás pedig leírja az üledékszemcsék viselkedését, amikor az óceán felől érkező nagy nyomású terhelésnek vannak kitéve a dekoltázs felett.
A szeizmikus adatokat és a pórusfolyadék adatokat külön-külön gyűjtöttük, a szeizmikus adatokat szeizmogram formájában, a pórusfolyadék adatokat pedig a nyírófeszültség és az ároktól való távolság függvényében ábrázoltuk.
Adatfőnyeremény
A földrengés epicentruma figyelemreméltóan közel volt a 2E helyszínhez, amely egy korábbi tanulmány felmérési helye. Ezzel a dekoltázshoz viszonyított elsőrangú elhelyezéssel Jamali Hondori és Park elérte a főnyereményt a szeizmikus mélységű képek terén.
A dekoltázs szeizmikus mélységű felvételei egy akkréciós prizma kialakulását mutatták ki. Ez a kiszorított üledékek gyűjteménye, amelyeket a régió tektonikus mozgásai kotortak fel és lökdöstek. A szeizmikus hullámok relatív sebességének mérése ezeken az üledékes struktúrákon keresztül lehetővé tette a páros számára, hogy arra a következtetésre jutott, hogy az üledékek pórus-folyadéknyomása destabilizálódáshoz vezetett, ami viszont szeizmikus aktivitáshoz vezetett a 2E helyszín közelében.
A kutatás fontos kapcsolatot teremt a földrengés oka és az üledékekből kifolyó folyadékok között. Ezt a „folyadék túlnyomási arány” kiszámításával értékelték ki, amely számszerűsíti a vízelvezetést és az üledékekben még jelenlévő folyadék mennyiségét. Jamali Hondori és Park kimutatta, hogy a 2E terület alatt aktív vízelvezető út található. Ennek eredményeként a folyadék szivárgása az üledékekből alacsonyabb pórusnyomást eredményez ebben a zónában. A dekoltázsnál azonban a nagy nyomású pórusfolyadék visszaszorul az át nem eresztő üledékekbe. Ez a hiba instabilitását és a súrlódás csökkenését okozza, ami kedvez a szakadás terjedésének.
Instabil üledékek
Röviden, az üledékek tektonikus terhelése és termikus nyomása, amint eltolódnak a szubsztrátumuk mentén, valószínűsíthetően felelősek a Tohoku-Oki földrengés váratlanul nagy töréspontjáért. Más szóval, a Tohoku-Oki földrengést az óceán üledékekre ható hidrosztatikus nyomása okozta. Ez végül mikroszkopikus léptékben destabilizálta az üledékeket, és ezáltal nagy léptékű tektonikus mozgást hozott létre.
Ha a pórus-folyadék nyomás és a hidrosztatikus nyomás egyenlő nagyságrendű lenne, nem lett volna szeizmikus terhelés. Ehelyett a kettő közötti különbség az oka a nagy koszeizmikus csúszásnak a földrengés során, ahol a koszeizmikus olyan mechanikai eseményre utal, amely egybeesik a szeizmikus aktivitással.
A kutatók elemezték a nyírási és függőleges effektív feszültséget a hiba helyén, a számított és a várt függőleges effektív feszültség aránya mellett – amit a kettős effektív feszültségi arányként ír le. Ez az elemzés feltárta a hiba hajlamát a koszeizmikus csúszásra és szakadásra, ahol az alacsony effektív feszültségarány mind a hibacsúszást, mind a kapcsolódó cunamit eredményezett.
Vízszintes elmozdulás
A hullámcsillapítás a Föld asztenoszférájának természetére utal
Végül Jamali Hondori és Park arra a következtetésre jutott, hogy a hibában fellépő összetett szakadási minták olyan körülményeket teremtettek, amelyekben a pórus-folyadék nyomás fontos szerepet játszott a nyírófeszültség szintjének diktálásában. Ennek eredményeként a kutatók rámutatnak, hogy az üledék stabilitásának ingadozásával arányos vízszintes elmozdulás okozta ezt a hatalmas földrengést.
Ez a kutatás hatással van a dekoltázs tolóerő-hibáinak megértésére is, illusztrálva a hiba alatti üledék tulajdonságainak fontosságát. Lehetséges lenne egy adott hiba üledékprofiljának tanulmányozása és erős földrengések előrejelzése, mielőtt azok bekövetkeznének. A természet által kiváltott veszélyek előrejelzésének képessége felbecsülhetetlen értékű lenne a tengerparton élők számára, különösen mivel az éghajlatváltozás miatt egyre gyakoribbak az egyre súlyosabb természeti katasztrófák.
A kutatás leírása a Tudományos jelentései.
