Utanför Nya Zeelands kust, det finns ett område där jordbävningar kan inträffa i slowmotion när två tektoniska plattor maler förbi varandra. Stillahavsplattan rör sig under Nya Zeeland med cirka 5 centimeter per år där, drar ner den norra änden av ön när den rör sig. Var 14:e månad eller så, gränssnittet glider långsamt, släpper stressen, och landet kommer upp igen.

Till skillnad från typiska jordbävningar som brister under sekunder, dessa långsamma händelser tar mer än en vecka, skapa ett idealiskt labb för att studera felbeteende längs den grunda delen av en subduktionszon.

2015, Spahr Webb, Jerome M. Paros Lamont forskningsprofessor i observationsfysik vid Lamont-Doherty Earth Observatory, och ett internationellt team av kollegor blev de första att fånga dessa långsamt glidande jordbävningar på gång med hjälp av instrument utplacerade under havet. Data de samlade in från Nya Zeelands webbplats, publicerad i år av huvudförfattaren Laura Wallace vid University of Texas, kommer att hjälpa forskare att bättre förstå jordbävningsrisker, speciellt vid skyttegravar, de seismiskt aktiva gränssnitten mellan tektoniska plattor där en platta dyker under en annan. Medlemmar i teamet diskuterar sitt arbete den här veckan på American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting.

"Vi förstår ännu inte klibbigheten i gränssnittet mellan de två plattorna, och det är delvis det som avgör hur stor en jordbävning du kan få, " sa Webb. "I synnerhet, vi bryr oss om klibbigheten nära skyttegraven, för när du har mycket rörelse nära ett dike, du kan skapa stora tsunamier."

Tidigare, forskare trodde att de mjuka sedimenten som hopade sig nära diken vanligtvis inte var starka nog att stödja en jordbävning och att de skulle dämpa halkan, sa Webb. "Vi har nyligen sett många stora tsunamier där det har skett en stor halka precis nära skyttegraven, " han sa.

En anledning till att jordbävningen i Tōhoku i Japan 2011 var så förödande var att en del av gränssnittet mycket nära diket flyttade sig en lång sträcka, cirka 50 meter, trycka vattnet med sig, sa Webb. Medan huvuddelen av jordbävningen i Tōhoku innebar en höjning på bara några meter, delen nära skyttegraven fördubblade storleken på tsunamin, leder till nästan 40 meter höga vågor på vissa ställen längs kusten.

För att kunna förutse tsunamiproducerande jordbävningar och mer exakt bedöma regionala risker, forskare studerar varför vissa områden i skyttegravarna har dessa långsamma händelser, varför andra ständigt kryper, och andra låser in och bygger stam som så småningom bryter ut som en tsunamigenererande jordbävning.

Alaskarisken

Webb har nästa sikte på Aleutian Trench, strax utanför Kodiak Island, Alaska. Det är en av de mest seismiskt aktiva delarna av världen. En stor tsunamigenererande jordbävning där kan orsaka förödelse inte bara i Alaska utan längs Nordamerikas västkust och så långt som Hawaii och Japan, som jordbävningen på långfredagen gjorde 1964.

Lamont-forskare, inklusive Donna Shillington och Geoffrey Abers, som också presenterar sitt arbete denna vecka på AGU, har ägnat flera år åt att studera strukturen av Aleutian Trench och vad som händer när Stillahavsplattan dyker under den nordamerikanska plattan. Webb och en stor grupp medarbetare vill nu ta reda på var sektioner av diket glider och var sektioner låses för att hjälpa till att förstå vad som avgör var den låser. Att hitta långsamma jordbävningar kan hjälpa till att avslöja några av dessa hemligheter.

För att studera den långsamma händelsen i Nya Zeeland, Webb och hans kollegor installerade en uppsättning av 24 absoluta tryckmätare och 15 havsbottenseismometrar direkt ovanför Hikurangi-tråget, där två plattor konvergerar. Absoluta tryckmätare utplacerade på havsbotten registrerar kontinuerligt förändringar i trycket i vattnet ovanför. Om havsbotten stiger, trycket minskar; om havsbotten rör sig nedåt, trycket ökar på grund av det ökande vattendjupet. När den långsamma händelsen började, instrumenten registrerade hur havsbotten rörde sig.

Forskarna fann att delar av Hikurangi-gränssnittet halkade och andra inte gjorde det under den långsamma glidningen. "Det kan vara så att mycket av gränssnittet glider i dessa händelser men du har några platser som är låsta, och de som slutligen bryter och skapar jordbävningar och tsunamier som orsakar skada, " sa Webb.

De flesta av instrumenten som användes i Nya Zeeland-studien byggdes på Lamont i OBS-labbet (ocean-bottom seismometer) som startades av Webb.

I Alaska, Webb och hans medarbetare har föreslagit ett experiment som återigen skulle använda ett stort antal Lamont-byggda havsbottenseismometrar och tryckmätare, denna gång för att samla in data nära Kodiak Island. Alaska är en speciell utmaning för havsbottenmätningar. Havet är ganska grunt söder om Alaska innan det fördjupas nära Aleutian Trench, och seismiska instrument på havsbotten kan flyttas av starka strömmar eller skadas av bottentrålning. Webb och teamet i OBS-labbet på Lamont utvecklade en lösning:de byggde tunga metallsköldar som sjunker till havsbotten med seismometrarna för att skydda dem.

När data från instrumenten har samlats in, de kommer att göras allmänt tillgängliga så att seismologer över hela landet kan börja analysera uppgifterna i jakt på ledtrådar till områdets jordbävningsbeteende.

Genom att upptäcka mönster av jordbävningar, forskare kan hjälpa regionala ingenjörer att planera konstruktion för att bättre motstå värsta jordbävningsscenarier, men att förutsäga jordbävningar är fortfarande svårfångade.

"Om vi ​​börjar se prekursorer baserat på off-shore-data, då kanske vi också får lite prediktiv förmåga, " sa Webb. "Förhoppningen är om du har bättre offshore-mätningar, du kommer att börja förstå saker bättre, och kanske finns det något tecken på rörelse före jordbävningen som kommer att ge en viss varning."