งานวิจัยใหม่เกี่ยวกับแผ่นดินไหวโทโฮคุ-โอกิขนาด 9.0 แมกนิจูดสำรวจจุดตัดระหว่างวิทยาศาสตร์โลก คุณสมบัติของวัสดุ และเทคนิคการสร้างแบบจำลองขั้นสูง ด้วยการรวมแง่มุมต่างๆ ของสาขาวิทยาศาสตร์เหล่านี้เข้าด้วยกัน เอห์ซาน จามาลี ฮอนโดรี และ ปาร์ค จินโอ ที่มหาวิทยาลัยโตเกียวสามารถระบุบทบาทของตะกอนใต้ทะเลในแผ่นดินไหวร้ายแรงซึ่งโจมตีญี่ปุ่นในปี 2011 การวิจัยนี้ยังสามารถช่วยระบุข้อบกพร่องที่อาจเสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหวที่คล้ายกันในอนาคต
งานของทั้งคู่มุ่งความสนใจไปที่รอยเคลื่อนเคลื่อนตัวของขอบแผ่นเปลือกโลกตื้นๆ หรือเรียกอีกอย่างว่ารอยเคลื่อนเคลื่อนตัว ซึ่งเป็นบริเวณที่ตื้นมากและไม่เสถียรในกิจกรรมการแปรสัณฐาน รอยเลื่อนนี้อยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กับเขตมุดตัวของร่องลึกของญี่ปุ่นนอกชายฝั่งตะวันออกของญี่ปุ่น และการแตกของมันทำให้เกิดความวุ่นวายที่ก้นทะเลซึ่งก่อให้เกิดคลื่นสึนามิที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหวโทโฮคุ-โอกิ การตีความในวงกว้างนี้เป็นที่ยอมรับกันดี อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติมคือความเสถียรของตะกอนที่อยู่เบื้องล่าง (อนุภาคชั้นที่ยังไม่กลายเป็นหินแข็ง) ที่อาจส่งผลต่อการแพร่กระจายของรอยเลื่อนที่แตกออก
Jamali Hondori และ Park ศึกษาความเสถียรนี้โดยใช้การถ่ายภาพแผ่นดินไหวแบบ 2 มิติ ตามด้วยการคำนวณความดันรูพรุนของตะกอนที่บริเวณตะกอน การถ่ายภาพแผ่นดินไหวช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างทางธรณีวิทยาขึ้นมาใหม่ได้ และความดันรูพรุน-ของเหลวจะอธิบายพฤติกรรมของอนุภาคตะกอนในขณะที่พวกมันถูกกดดันด้วยแรงดันสูงที่มาจากมหาสมุทรเหนือส่วนตะกอน
ข้อมูลแผ่นดินไหวและข้อมูลรูพรุน-ของเหลวถูกรวบรวมแยกกัน โดยข้อมูลแผ่นดินไหวอยู่ในรูปของคลื่นไหวสะเทือน และข้อมูลรูพรุน-ของเหลวถูกวางแผนโดยเทียบกับความเค้นเฉือนและระยะห่างจากร่องลึกก้นสมุทร
แจ็คพอตข้อมูล
จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวตั้งอยู่ใกล้กับจุด 2E อย่างน่าทึ่ง ซึ่งเป็นสถานที่สำรวจจากการศึกษาครั้งก่อน ด้วยการวางตำแหน่งที่ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับส่วนนูน ทำให้ Jamali Hondori และ Park ได้รับรางวัลแจ็คพอตเมื่อพูดถึงภาพที่มีความลึกของแผ่นดินไหว
ภาพความลึกของแผ่นดินไหวของส่วนคอเผยให้เห็นการก่อตัวของปริซึมเสริม นี่คือกลุ่มของตะกอนที่ถูกแทนที่ซึ่งถูกขุดลอกและถูกกระแทกจากการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกของภูมิภาค การวัดความเร็วสัมพัทธ์ของคลื่นไหวสะเทือนผ่านโครงสร้างตะกอนเหล่านี้ทำให้ทั้งคู่สามารถสรุปได้ว่าแรงดันรูพรุนของตะกอนทำให้เกิดความไม่เสถียร ตามมาด้วยการเกิดแผ่นดินไหวใกล้จุด 2E
การวิจัยทำให้เกิดความเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างสาเหตุของแผ่นดินไหวกับวิธีที่ของเหลวระบายออกจากตะกอน สิ่งนี้ได้รับการประเมินโดยการคำนวณ "อัตราส่วนแรงดันเกินของของไหล" ซึ่งระบุปริมาณการระบายน้ำและปริมาณของของเหลวที่ยังคงอยู่ในตะกอน Jamali Hondori และ Park ได้แสดงให้เห็นว่าใต้พื้นที่ 2E มีเส้นทางระบายน้ำที่ใช้งานอยู่ เป็นผลให้การซึมของของเหลวจากตะกอนส่งผลให้สภาวะความดันรูพรุนในโซนนี้ลดลง อย่างไรก็ตาม ที่บริเวณเนินตะกอน ของเหลวในรูพรุนที่มีแรงดันสูงจะติดอยู่ภายในตะกอนที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ สิ่งนี้ทำให้เกิดความไม่เสถียรของข้อผิดพลาดและแรงเสียดทานลดลง ซึ่งเอื้อต่อการแพร่กระจายของการแตกร้าว
ตะกอนที่ไม่เสถียร
กล่าวโดยสรุป การเคลื่อนตัวของเปลือกโลกและแรงดันความร้อนของตะกอนในขณะที่พวกมันเคลื่อนตัวไปตามพื้นผิวของตะกอนเป็นสาเหตุที่น่าจะทำให้เกิดรอยเลื่อนขนาดใหญ่ที่ไม่คาดคิดจากแผ่นดินไหวโทโฮคุ-โอกิ กล่าวอีกนัยหนึ่ง แผ่นดินไหวที่โทโฮคุ-โอกิมีสาเหตุมาจากแรงดันน้ำในมหาสมุทรที่กระทบตะกอน ในที่สุดสิ่งนี้ก็ทำให้ตะกอนไม่เสถียรในระดับจุลภาค จึงทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกขนาดใหญ่
หากความดันรูพรุน-ของเหลวและความดันอุทกสถิตมีขนาดเท่ากัน ก็จะไม่มีแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว แต่ความแตกต่างระหว่างทั้งสองเป็นสาเหตุของการเคลื่อนตัวของแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในระหว่างเกิดแผ่นดินไหว โดยที่แผ่นดินไหวหมายถึงเหตุการณ์ทางกลที่เกิดขึ้นพร้อมกันกับการเกิดแผ่นดินไหว
นักวิจัยได้วิเคราะห์แรงเฉือนและความเครียดที่มีประสิทธิภาพในแนวดิ่งที่บริเวณรอยเลื่อน นอกเหนือจากอัตราส่วนของความเครียดที่มีประสิทธิภาพในแนวตั้งที่คำนวณต่อที่คาดการณ์ไว้ ซึ่งทั้งคู่อธิบายว่าเป็นอัตราส่วนความเค้นที่มีประสิทธิผล การวิเคราะห์นี้เผยให้เห็นแนวโน้มของรอยเลื่อนในการเคลื่อนตัวของแผ่นดินไหวและการแตกร้าว โดยที่อัตราส่วนความเครียดที่มีประสิทธิภาพต่ำส่งผลให้เกิดทั้งการเลื่อนหลุดและสึนามิที่เกี่ยวข้อง
การกระจัดในแนวนอน
การลดทอนของคลื่นบ่งบอกถึงธรรมชาติของชั้นบรรยากาศของโลก
สุดท้าย Jamali Hondori และ Park สรุปว่ารูปแบบการแตกร้าวที่ซับซ้อนที่รอยเลื่อนทำให้เกิดสภาวะที่ความดันของรูพรุนเป็นเครื่องมือในการกำหนดระดับความเค้นเฉือน ผลที่ตามมาคือนักวิจัยชี้ให้เห็นว่าการกระจัดในแนวนอนสอดคล้องกับความผันผวนของความเสถียรของตะกอนทำให้เกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ครั้งนี้
งานวิจัยนี้ยังมีความหมายต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับข้อบกพร่องของแรงผลักของตะกอน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของคุณสมบัติของตะกอนที่อยู่ใต้รอยเลื่อน อาจเป็นไปได้ที่จะศึกษาลักษณะตะกอนของรอยเลื่อนเฉพาะและทำนายแผ่นดินไหวรุนแรงก่อนที่จะเกิดขึ้น ความสามารถในการคาดการณ์อันตรายที่เกิดจากธรรมชาติจะมีค่าอย่างมากสำหรับผู้ที่อาศัยอยู่ตามแนวชายฝั่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้เกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติที่ร้ายแรงมากขึ้นเรื่อยๆ
งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน รายงานทางวิทยาศาสตร์.
