T? Ranganui Knoll är ett undervattensberget (sjökanten) utanför Nya Zeelands kust som var platsen för en internationell borrningsexpedition för Ocean Discovery Program. Sjömålet kommer en dag att kollidera med Hikurangis subduktionszon, vilket leder till förhållanden som både genererar och dämpar jordbävningar. Upphovsman:Andrew Gase/National Institute of Water and Atmospheric Research
Subduktionszoner - platser där en tektonisk platta dyker under en annan - är där världens största och mest skadliga jordbävningar inträffar. En ny studie har funnit att när undervattensbergen - även kända som sjömåner - dras in i subduktionszoner, inte bara sätter de scenen för dessa kraftfulla skalv, men också skapa förutsättningar som slutar dämpa dem.
Fynden innebär att forskare noggrannare bör övervaka särskilda områden runt en subdukterande söm, sa forskare. Övningen kan hjälpa forskare att bättre förstå och förutsäga var framtida jordbävningar sannolikt kommer att inträffa.
"Jorden före den subdukterande sjönivån blir spröd, gynnar kraftfulla jordbävningar medan materialet bakom det förblir mjukt och svagt, låter stress släppas mer försiktigt, "sa medförfattaren Demian Saffer, chef för University of Texas Institute for Geophysics (UTIG), en forskningsenhet vid University of Texas vid Austin Jackson School of Geosciences.
Studien publicerades den 2 mars i Naturgeovetenskap och leddes av Tian Sun, som för närvarande är forskare vid Geological Survey of Canada. Andra medförfattare inkluderar Susan Ellis, en forskare vid Nya Zeelands forskningsinstitut GNS Science. Saffer övervakade projektet och var Suns postdoktorella rådgivare vid Penn State när de påbörjade studien.
Forskarna använde en datormodell för att simulera vad som händer när sjövärden kommer in i havsgravar som skapats av subduktionszoner. Enligt modellen, när en sjömontering sjunker ner i en skyttegrav, marken framför den blir spröd, när dess långsamma framsteg pressar ut vatten och komprimerar jorden. Men i dess spår, Seamount lämnar ett spår av mjukare vått sediment. Den hårda, sprött berg kan vara en källa till kraftfulla jordbävningar, som krafter som genereras av den subdukterande plattan byggs upp i den - men den försvagade, vått material bakom sömmen skapar en motsats, dämpande effekt på dessa skalv och darrningar.
Forskarna integrerade data från prover av subdugerande berg och sediment kring sömmar, som dessa kärnor som borrades från offshore Japan år 2000. Kärnorna innehåller en blandning av sten, sediment och vatten och ge forskare inblick i vad som händer när en sjömontering mals mellan tektoniska plattor. Upphovsman:Demian Saffer
Även om sömmar finns över hela havsbotten, de extraordinära djup som subduktion sker på gör att det är extremt svårt att studera eller avbilda en subdukterande söm. Det är därför fram tills nu, forskare var inte säkra på om sömmar kunde påverka stilen och storleken på jordbävningar i subduktionszonen.
Den aktuella forskningen tog itu med problemet genom att skapa en realistisk datasimulering av en subdukterande sjömontering och mäta effekterna på det omgivande berget och sedimentet, inklusive de komplexa interaktionerna mellan spänningar i jorden och vätsketryck i det omgivande materialet. Att få realistiska data för modellen innebar att man utför experiment på bergprover som samlats in från subduktionszoner genom vetenskaplig havsborrning utanför Japan.
Forskarna sa att modellens resultat överraskade dem helt. De hade förväntat sig att vattentryck och påfrestningar skulle bryta sönder material vid toppen av sjön och därmed försvaga stenarna, inte stärka dem.
"Sömställningen skapar en återkopplingsslinga för hur vätskor pressas ut och bergets mekaniska svar på förändringar av vätsketryck, sa Ellis, som samutvecklade den numeriska koden i hjärtat av studien.
Forskarna är nöjda med att deras modell är robust eftersom jordbävningsbeteendet som den förutspår konsekvent matchar beteendet hos riktiga jordbävningar.
Vetenskaplig havsborrning från forskningsfartyg som JOIDES -resolutionen ger en viktig källa till data om vad som händer när ett undervattensberget kolliderar med en subduktionszon. Upphovsman:Joshua Mountjoy
Medan det försvagade berget som lämnas i kölvattnet av sjöbergen kan dämpa stora jordbävningar, forskarna tror att det kan vara en viktig faktor i en typ av jordbävning som kallas en långsam glidning. Dessa slow-motion-skalv är unika eftersom de kan ta dagar, veckor och till och med månader att utvecklas.
Laura Wallace, forskare vid UTIG och GNS Science, som var den första som dokumenterade Nya Zeelands långsamma händelser, sa att forskningen var en demonstration av hur geologiska strukturer i jordskorpan, som sömmar, kan påverka ett helt spektrum av seismisk aktivitet.
"Förutsägelserna från modellen stämmer mycket väl överens med det vi ser på Nya Zeeland när det gäller var små jordbävningar och skakningar händer i förhållande till sjön, sa Wallace, som inte ingick i den aktuella studien.
Sun menar att deras undersökningar har hjälpt till att ta itu med ett kunskapslucka om sömmar, men den forskningen kommer att gynnas av fler mätningar.
"Vi behöver fortfarande geofysisk avbildning med hög upplösning och jordbävningsövervakning till havs för att bättre förstå mönster för seismisk aktivitet, "sa Sun.
