Cascadia subduktionszon. Data hämtade från NaturalEarthData.com, 10m datamängder. Projiceras i NAD83 UTM 9N. Kredit:Wikimedia Commons
Ny forskning visar att stora jordbävningar kan utlösa jordskred under vattnet tusentals kilometer bort, veckor eller månader efter att skalvet inträffade.
Forskare som analyserar data från havsbottenseismometrar utanför Washington-Oregon-kusten band en serie undervattensskred på Cascadia Subduction Zone, 80 till 161 kilometer (50 till 100 miles) utanför Stilla havets nordvästra kust, till en jordbävning 2012 med magnituden 8,6 i Indiska oceanen - mer än 13, 500 kilometer (8, 390 miles) bort. Dessa undervattensskred inträffade intermittent i nästan fyra månader efter jordbävningen i april.
Tidigare forskning har visat att jordbävningar kan utlösa ytterligare jordbävningar på andra förkastningar över hela världen, men den nya studien visar att jordbävningar också kan initiera undervattensskred långt bort från skalvet.
"Det grundläggande antagandet ... är att dessa marina jordskred genereras av de lokala jordbävningarna, sa Paul Johnson, en oceanograf vid University of Washington i Seattle och huvudförfattare till den nya studien publicerad i Journal of Geophysical Research:Solid Earth , en tidskrift från American Geophysical Union. "Men vad vår tidning sa är, 'Nej, du kan generera dem från jordbävningar var som helst på jordklotet."
De nya fynden kan komplicera sedimentposter som används för att uppskatta jordbävningsrisken. Om jordskred under vattnet kunde utlösas av jordbävningar långt borta, inte bara de i närheten, forskare kan behöva överväga om en lokal eller en avlägsen jordbävning genererade fyndigheterna innan de använder dem för att datera lokala händelser och uppskatta jordbävningsrisken, enligt studiens författare.
De undervattensskred som observerades i studien är mindre och mer lokaliserade än utbredda jordskred som genererades av en stor jordbävning direkt på själva Cascadia-marginalen, men dessa undervattensskred som genereras av avlägsna jordbävningar kan fortfarande generera lokala tsunamier och skada undervattenskommunikationskablar, enligt studieförfattarna.
Sekvensen av geologiska processer som producerar signalen som observeras i havsbottenseismometrarna. Först, skakningar från den avlägsna jordbävningen (Indiska oceanen) orsakar ett marint jordskred av sediment på den branta kontinentala marginalen. Detta nedåtgående flöde av sediment drar med sig varmt havsvatten från det grunda havet, producerar temperaturavvikelser när sedimentet rinner förbi havsbottenseismometern. Låga amplitudavvikelser är de mindre lutningsfel som föregår de stora temperaturtopparna från de huvudsakliga grumlighetsströmmarna, liknande det som observeras med jordskred. Kredit:University of Washington/open access
En lycklig olycka
Upptäckten att Cascadia-skreden orsakades av en fjärran jordbävning var en olycka, sade Johnson.
Forskare hade placerat havsbottenseismometrar utanför Washington-Oregon-kusten för att upptäcka små jordbävningar, och även för att mäta havets temperatur och tryck på samma platser. När Johnson fick reda på seismometrarna vid ett vetenskapligt möte, han bestämde sig för att analysera data som instrumenten hade samlat in för att se om han kunde upptäcka tecken på termiska processer som påverkar havsbottentemperaturerna, såsom metanhydratbildning.
Johnson och hans team kombinerade havsbottentemperaturdata med tryck- och seismometerdata och videostillbilder av sedimenttäckta instrument från 2011-2015. Små variationer i temperatur inträffade under flera månader, följt av stora temperaturspikar under en period av två till 10 dagar. De drog slutsatsen att dessa temperaturförändringar bara kunde vara tecken på flera undervattensskred som kastar sediment i vattnet. Dessa jordskred orsakade varma, grunt vatten för att bli tätare och rinna nedför längs Cascadia-marginalen efter jordbävningen i Indiska oceanen med magnituden 8,6 den 11 april, 2012, orsakar temperaturspikar.
Cascadia-marginalen löper över 1, 100 kilometer (684 miles) utanför Stilla havets nordvästra kust från norr till söder, som omfattar området ovanför den underliggande subduktionszonen, där en tektonisk platta glider under en annan.
Branta undervattenssluttningar hundratals fot höga kantar marginalen. Sediment ansamlas på toppen av dessa branta sluttningar. När de seismiska vågorna från jordbävningen i Indiska oceanen nådde dessa branta undervattenssluttningar, de trängde de tjocka sedimenten som staplades på toppen av sluttningarna. Denna skakning gjorde att områden med sediment bröts av och gled nerför sluttningen, skapar en kaskad av jordskred längs hela sluttningen. Sedimentet föll inte på en gång så jordskreden inträffade i upp till fyra månader efter jordbävningen, enligt författarna.
De brantare sluttningarna än genomsnittet utanför Washington-Oregon kusten, som de i Quinault Canyon, som går ner 1, 420 meter (4, 660 fot) i upp till 40 graders vinklar, göra området särskilt känsligt för undervattensskred. De tjocka sedimentavlagringarna förstärker också seismiska vågor från avlägsna jordbävningar. Små sedimentpartiklar rör sig som krusningar suspenderade i vätska, förstärker vågorna.
Schematiskt diagram som illustrerar ett sluttningsfel på en kontinental marginal orsakat av antingen en lokal eller avlägsen jordbävning, liknar ett jordskred. På den övre delen av kontinentala marginalen nära den grunda kontinentalsockeln, skakningar från jordbävningen avlägsnar löst sediment, som rinner nedför och drar med sig havsvatten, blir mer flytande och mer turbulent. Denna kaotiska rörelse av vätska i sedimentflödet upprätthåller grumlighetsströmmen, som kan flyta i hundratals kilometer när den väl når den djupa avgrundsslätten. Kredit:NOAA/public domain
"Så dessa saker är alla förberedda, redo att kollapsa, om det sker en jordbävning någonstans, " sa Johnson.
Att störa sedimentregistret
Det nya fyndet kan få konsekvenser för tsunamis i regionen och kan komplicera uppskattningar av jordbävningsrisk, enligt studiens författare.
Subduktionszoner som Cascadia-marginalen är i riskzonen för tsunamier. När en tektonisk platta glider under den andra, de låses ihop, lagra energi. När tallrikarna äntligen glider, de frigör den energin och orsakar en jordbävning. Denna plötsliga rörelse ger inte bara vatten ovanför förkastningen ett stort tryck uppåt, den sänker också kustlandet bredvid den när den överliggande plattan planar ut, gör strandlinjen mer sårbar för vågorna av förskjutet vatten.
Undervattensskred ökar denna risk. De trycker också havsvatten ur vägen när de uppstår, som kan utlösa en tsunami på den lokala kusten, sade Johnson.
Forskare använder också undervattenssedimentregister för att uppskatta jordbävningsrisken. Genom att borra sedimentkärnor till havs och beräkna åldern mellan skredavlagringar, forskare kan skapa en tidslinje över tidigare jordbävningar som används för att förutsäga hur ofta en jordbävning kan inträffa i regionen i framtiden och hur intensiv den kan vara.
En jordbävning utanför Pacific Northwest skulle skapa ubåtsskred längs hela kusten från British Columbia till Kalifornien. Men den nya studien fann att en avlägsen jordbävning bara kan resultera i jordskred upp till 20 eller 30 kilometer (12 till 19 miles) breda. Det betyder att när forskare tar sedimentkärnor för att avgöra hur ofta lokala jordbävningar inträffar, de kanske inte kan avgöra om sedimentlagren anlände till havsbotten som ett resultat av en avlägsen eller lokal jordbävning.
Johnson säger att mer kärnprover över ett bredare intervall av marginalen skulle behövas för att bestämma en mer exakt avläsning av det geologiska rekordet och för att uppdatera uppskattningar av jordbävningsrisk.
