زلزال كبير في شمال غرب المحيط الهادئ للولايات المتحدة؟

ما الذي يحدث على بعد حوالي 90 ميلًا (150 كم) تحت سطح الأرض؟ صورة عبر صور مجانية جيدة.

بقلم مايلز بودمر ، جامعة أوريغون ودوغ تومي ، جامعة أوريغون

تشتهر منطقة Pacific Northwest بأشياء كثيرة مثل البيرة والموسيقى ومخلوقاتها الأسطورية الكبيرة. لا يربطها معظم الناس بالزلازل ، لكن يجب عليهم ذلك. إنها موطن لخطأ كاسكاديا الكبير الذي يمتد لمسافة 600 ميل (966 كم) من شمال كاليفورنيا حتى جزيرة فانكوفر في كندا ، ويمتد على العديد من المناطق الحضرية الكبرى بما في ذلك سياتل وبورتلاند ، أوريجون.

هذا الخطأ الجيولوجي كان هادئًا نسبيًا في الذاكرة الحديثة. لم يكن هناك الكثير من الزلازل التي شعرت على نطاق واسع على طول قناة كاسكاديا الضخمة ، وبالتأكيد لا شيء ينافس حدثًا كارثيًا مثل زلزال لوما بريتا عام 1989 على امتداد سان أندرياس النشطة في كاليفورنيا. هذا لا يعني أنه سيبقى هادئًا. يعلم العلماء أن لديها زلازل كبيرة - تبلغ قوتها 9 درجات.

لقد عرف علماء الجيوفيزيائيون لأكثر من عقد من الزمان أنه لا تتصرف جميع أجزاء صدع الجاذبية الضخمة في Cascadia. إن القسمين الشمالي والجنوبي أكثر نشاطًا من الناحية الزلزالية من القسم المركزي - مع الزلازل الصغيرة والتشوهات الأرضية المتكررة التي لا يلاحظها السكان كثيرًا. ولكن لماذا توجد هذه الاختلافات وما الذي يثيرها؟

يحاول بحثنا الإجابة على هذه الأسئلة من خلال إنشاء صور لما يحدث في عمق الأرض ، على بعد أكثر من 90 ميلًا (144 كم) أسفل الخطأ. لقد حددنا المناطق التي ترتفع تحت هذه الأقسام النشطة والتي نعتقد أنها تؤدي إلى الاختلافات الملحوظة على طول خطأ Cascadia.

كاسكاديا و "حقا واحدة كبيرة"

منطقة الاستكشاف Cascadia هي منطقة تصطدم فيها صفحتان تكتونية. يتم قيادة خوان دي فوكا ، وهي صفيحة محيطية صغيرة ، تحت صفيحة أمريكا الشمالية ، التي تقع فوقها الولايات المتحدة القارية.

تجتمع صفيحة Juan de Fuca مع صفيحة أمريكا الشمالية تحت عتبة Cascadia. الصورة عبر هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.

أنظمة الإنجاب - حيث تنزلق صفيحة تكتونية على أخرى - قادرة على إنتاج أكبر الزلازل المعروفة في العالم. ومن الأمثلة على ذلك زلزال توهوكو عام 2011 الذي هز اليابان.

Cascadia هادئة جدًا من الناحية الزلزالية مقارنة بمناطق الانطواء الأخرى - لكنها ليست غير نشطة تمامًا. تشير الأبحاث إلى أن الخطأ وقع في حدث بلغت قوته 9.0 في عام 1700. وهذا أقوى بنحو 30 مرة من أكبر زلزال في سان أندرياس. يقترح الباحثون أننا في إطار ما يقرب من 300 إلى 500 عام والتي قد تحدث خلالها حدث Cascadia كبير آخر.

تقع العديد من الأحداث الأصغر وغير التالفة في شمال وجنوب Cascadia كل عام. ومع ذلك ، في وسط Cascadia ، الذي يقع خلف معظم ولاية أوريغون ، هناك القليل من الزلازل. لماذا يتصرف الخطأ نفسه بشكل مختلف في مناطق مختلفة؟

خلال العقد الماضي ، أبدى العلماء العديد من الملاحظات الإضافية التي تبرز الاختلافات على طول الصدع.

على المرء أن يرتبط بقفل الألواح ، والذي يخبرنا بالمكان الذي يتراكم فيه التوتر على طول الصدع. إذا كانت الألواح التكتونية مقفلة - أي ، عالقة حقًا معًا ولا تستطيع تحريك بعضها البعض - فإن الإجهاد يبني. في النهاية ، يمكن إطلاق هذا التوتر سريعًا كزلازل ، ويتوقف حجمه على حجم التصحيح الذي يحدث فيه التمزق.

جهاز لتحديد المواقع الجغرافي في واشنطن. الصورة عبر Bdelisle.

تمكن الجيولوجيون مؤخرًا من نشر المئات من شاشات GPS عبر Cascadia لتسجيل تشوهات الأرض الدقيقة الناتجة عن عدم قدرة اللوحات على الانزلاق عبر بعضها البعض. تمامًا مثل الزلازل التاريخية ، يعد قفل الألواح أكثر شيوعًا في الأجزاء الشمالية والجنوبية من كاسكاديا.

الجيولوجيون الآن قادرين على مراقبة التذبذبات الزلزالية التي يصعب اكتشافها والتي تعرف باسم الهزة. تحدث هذه الأحداث على مدار الفترة الزمنية لعدة دقائق وحتى أسابيع ، وتستغرق وقتًا أطول بكثير من الزلزال المعتاد. لا تسبب حركات أرضية كبيرة على الرغم من أنها يمكن أن تطلق كميات كبيرة من الطاقة. لقد اكتشف الباحثون هذه الإشارات فقط في السنوات الـ 15 الماضية ، لكن المحطات الزلزالية الدائمة ساعدت في بناء فهرس قوي للأحداث. الهزة ، أيضا ، ويبدو أن أكثر تركيزا على طول الأجزاء الشمالية والجنوبية من الصدع.

ما الذي يمكن أن يسبب هذا الموقف ، حيث أن المنطقة الواقعة أسفل ولاية أوريغون أقل نشاطًا نسبيًا في كل هذه التدابير؟ لتوضيح أنه كان علينا أن ننظر عميقًا ، على بعد 100 كيلومتر (60 ميلًا) تحت سطح الأرض ، إلى عباءة الأرض.

تظهر النقاط الخضراء والمثلثات الزرقاء مواقع محطات الرصد الزلزالي. الصورة عبر Bodmer et al. ، 2018 ، رسائل الأبحاث الجيوفيزيائية.

تصوير الأرض باستخدام الزلازل البعيدة

يستخدم الأطباء الموجات الكهرومغناطيسية "لرؤية" الهياكل الداخلية مثل العظام دون الحاجة إلى فتح المريض البشري لرؤيتها مباشرة. يقوم الجيولوجيون بتصوير الأرض بالطريقة نفسها. بدلاً من الأشعة السينية ، نستخدم طاقة زلزالية تشع من زلازل تبلغ قوتها 6.0 درجات لمساعدتنا على "رؤية" الميزات التي لا يمكننا الوصول إليها فعليًا. هذه الطاقة تنتقل مثل الموجات الصوتية من خلال هياكل الأرض. عندما تكون الصخور أكثر سخونة أو مصهورة جزئياً حتى بكمية ضئيلة ، فإن الموجات الزلزالية تبطئ. من خلال قياس أوقات وصول الموجات الزلزالية ، نقوم بإنشاء صور ثلاثية الأبعاد توضح مدى سرعة أو إبطاء الموجات الزلزالية عبر أجزاء معينة من الأرض.

مقاييس الزلازل في قاع المحيط تنتظر نشرها خلال مبادرة كاسكاديا. الصورة عبر إميلي هوفت.

لرؤية هذه الإشارات ، نحتاج إلى سجلات من محطات رصد الزلازل. توفر المزيد من المستشعرات دقة أفضل وصورة أكثر وضوحًا - لكن تجميع المزيد من البيانات يمكن أن يكون مشكلة عندما يكون نصف المساحة التي تهتم بها تحت الماء. لمواجهة هذا التحدي ، كنا جزءًا من فريق من العلماء قاموا بنشر مئات من أجهزة قياس الزلازل في قاع المحيط قبالة غرب الولايات المتحدة على مدار أربع سنوات ، بدءًا من عام 2011. وكانت هذه التجربة ، وهي مبادرة Cascadia ، أول مبادرة تغطيها على الإطلاق صفيحة تكتونية كاملة مع أدوات على مسافة حوالي 30 ميل (50 كم).

ما وجدناه هما منطقتان شاذتان أسفل الصدع حيث تسير الأمواج الزلزالية بشكل أبطأ من المتوقع. هذه الحالات الشاذة كبيرة ، وقطرها حوالي 90 ميلا (150 كم) ، وتظهر تحت الأقسام الشمالية والجنوبية من الصدع. تذكر ، هذا حيث لاحظ الباحثون بالفعل زيادة النشاط: الزلزالية. ومن المثير للاهتمام ، أن الحالات الشاذة غير موجودة أسفل الجزء المركزي من الصدع ، تحت ولاية أوريغون ، حيث نرى انخفاضًا في النشاط.

المناطق التي تحركت فيها الموجات الزلزالية ببطء أكبر ، في المتوسط ​​، أكثر احمرارًا ، في حين أن المناطق التي تحركت فيها بسرعة أكبر أصبحت أكثر ضبابية. تقابل المناطق الشاذة الأبطأ على بعد 90 ميلاً (150 كم) تحت سطح الأرض المكان الذي تكون فيه ألواح التصادم أكثر غلقًا وحيث يكون الهزة أكثر شيوعًا. الصورة عبر Bodmer et al. ، 2018 ، رسائل الأبحاث الجيوفيزيائية.

فما هي بالضبط هذه الحالات الشاذة؟

تطفو الصفائح التكتونية على طبقة الأرض الصخرية. حيث يرتفع عباءة ببطء على مدى ملايين السنين ، الصخور يزيل الضغط. نظرًا لارتفاع درجات الحرارة المرتفعة ، أي ما يقرب من 1500 درجة مئوية (2700 فهرنهايت) على عمق 100 كم (60 ميل) ، يمكن أن تذوب قليلاً جدًا.

تسبب هذه التغيرات الفيزيائية أن تكون المناطق الشاذة أكثر ازدهارًا ، فالصخور الساخنة الذائبة أقل كثافة من الصخور المبردة الصلبة. إنه الطفو الذي نعتقد أنه يؤثر على سلوك الخطأ أعلاه. تندفع المنطقة الحارة والمنصهرة جزئيًا إلى الأعلى على ما هو مذكور أعلاه ، على غرار الطريقة التي قد يرتفع بها منطاد الهليوم مقابل ورقة ملفوفة عليه. نعتقد أن هذا يزيد من القوى بين الصفيحتين ، مما يجعلهما أكثر تقارباً وبالتالي مغلقان بشكل كامل.

تنبؤ عام بأين ، لكن ليس متى

توفر نتائجنا رؤى جديدة حول كيفية تصرف هذه المنطقة الفرعية ، وربما غيرها ، عبر الأطر الزمنية الجيولوجية لملايين السنين. لسوء الحظ ، لا يمكن لنتائجنا أن تتوقع متى سيحدث زلزال كاسكاديا الضخم الكبير المقبل. سيتطلب ذلك مزيدًا من البحث والرصد النشط الكثيف لمنطقة الانطلاق ، سواء البرية أو الخارجية ، باستخدام المحطات الزلزالية ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لالتقاط الظواهر قصيرة المدى.

يشير عملنا إلى أن الحدث الكبير من المرجح أن يبدأ في الأجزاء الشمالية أو الجنوبية من الصدع ، حيث تكون اللوحات مغلقة تمامًا ، ويعطي سببًا محتملاً لسبب حدوث ذلك.

يظل من المهم بالنسبة للجمهور وواضعي السياسات البقاء على اطلاع بالمخاطر المحتملة التي ينطوي عليها التعايش مع خلل في منطقة الانكماش ودعم برامج مثل الإنذار المبكر بالزلزال التي تسعى إلى توسيع قدرات المراقبة لدينا وتخفيف الخسارة في حالة حدوث تمزق كبير.

مايلز بودمر ، دكتوراه طالب في علوم الأرض ، جامعة أوريغون ودوج تومي ، أستاذ علوم الأرض ، جامعة أوريغون

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المقال الأصلي.

الخلاصة: أجزاء من خطأ Cascadia في شمال غرب المحيط الهادئ أكثر نشاطًا من الناحية الزلزالية من غيرها. تشير بيانات التصوير إلى السبب.