Geologer har förbättrat metoderna för att kartlägga havsbottenstenar, hjälper oss att bättre förstå undervattensbävningar och tsunamierna som de kan orsaka.

Deras teknik kombinerar traditionell 'akustisk kartläggning' med en nyare metod som kallas 'full vågform inversion'. De fann att deras nya metod förstärkte deras syn på stenar längs en fellinje - ett avbrott i jordskorpan - utanför östkusten på Nya Zeelands nordö.

Forskarna hoppas att deras tydligare bild av klipporna runt dessa fellinjer - vars rörelser kan utlösa jordbävningar och efterföljande tsunamier - hjälper dem att bättre förstå varför sådana händelser inträffar.

Huvudförfattare Melissa Gray, från Imperial College London Department of Earth Science and Engineering, sade:"Vi kan nu skanna undervattensstenar för att se deras egenskaper mer detaljerat. Förhoppningsvis hjälper detta oss att bättre räkna ut hur jordbävningar och tsunamier händer."

"Guldgruva"

Strax utanför Nya Zeelands norra kust, kanten av Stilla havet tektoniska plattan änder under kanten av den australiska plattan - ett område som kallas Hikurangi subduktionszon.

Subduktion avser när två plattor rör sig mot varandra, byggtryck som så småningom utlöser den ena plattan som plötsligt "glider" under den andra. Denna plötsliga glidning kan orsaka jordbävningar, som i sin tur utlöser tsunamier om de händer under vattnet.

Dock, subduktion kan också orsaka tysta skalv som kallas 'slow slip' -händelser, som släpper ut samma mängd energi som en typisk jordbävning, men under mycket längre tid.

Långsamma händelser går ofta obemärkt förbi och orsakar inga skador, men författarna till denna nya rapport säger att studera dem kan utgöra en "skattkammare" av information. Melissa sa:"Vårt nya sätt att studera långsamma händelser kan avslöja en skattkista av ledtrådar om hur större, mer förödande skalv händer. "

Ultraljudsbilder av subduktionszonen, före (L) och efter (mitten &R) 2-D vågformsinversion användes. "Efter" -foton visar zonen mycket bättre, detalj med högre upplösning.

Quake quandary

Nuvarande bergskartläggningstekniker använder ljudvågor för att bygga bilder på hur stenar ser ut många kilometer under marken, samt avslöjar hur porösa och hårda de är och hur mycket vätska och gas de sannolikt kommer att innehålla. Denna information hjälper forskare att bedöma hur stenar kan bete sig när stress byggs upp, och hur mycket skakningar det skulle bli vid en jordbävning.

Nu Melissa, tillsammans med Imperials Dr. Rebecca Bell och professor Joanna Morgan, har anslutit aktuell ljudvågsinformation till en bildteknik som kallas full vågform inversion.

Denna metod hjälpte dem att måla en bild av Hikurangis felzon i oöverträffade detaljer (fig 1). De fångade också de grunda felen som var ansvariga för den stora Gisborne -tsunamin 1947 (fig. 3) - ett exempel på en stor tsunami orsakad av en relativt liten långsam jordbävning.

Metoden bygger på begreppet 'akustisk kartläggning', där ljudvågor skickas från en båt på havsytan ner till havsbotten och kilometer in i jordskorpan. Den tid det tar för vågorna att studsa av olika berglager och tillbaka till båten - som inspelas av undervattensmikrofoner som bogseras bakom båten - berättar för forskare avståndet till havsbotten och stenlagren, liksom den troliga sammansättningen av stenarna.

Forskarna kombinerade data från akustisk kartläggning med tekniken för fullständig vågform. Detta omvandlade ljudvågorna till högre upplösning, mer invecklade detaljerade kartor över havsbotten och sten under.

För att kontrollera att deras uppgifter var korrekta, författarna jämförde sina modeller av bergegenskaperna som kartlagts genom inversion med prover som samlats in från borrning av International Ocean Discovery Program. De fann att modellerna och riktiga data matchade, indikerar att tekniken är korrekt och pålitlig, och kan ge mer information än nuvarande borrmetoder.

Forskarna säger att denna kombination av tekniker kan hjälpa regeringar att ta fram mer exakta farokartor för jordbävningar och tsunamier.

Studie medförfattare Dr. Bell sa:"Vi kan använda detta för att studera jordbävningar och tsunami-benägna områden runt Nya Zeeland och resten av världen."

Nästa, de kommer att arbeta med att kartlägga just den punkt där två kanter på tektoniska plattor rör ner till ett djup av 10-15 kilometer.

Dr Bell tillade:"Även om ingen har sett fellinjer som detta i en sådan skala tidigare, vi känner fortfarande inte till egenskaperna hos Hikurangi -plattgränsen på djupet där långsamma glidningar uppstår.

"I sista hand, vi vill förstå varför vissa halkar orsakar förödande jordbävningar, medan andra inte gör det. "