Kl. 03:34 lokal tid den 27 februari 2010, Chile drabbades av en av de mest kraftfulla jordbävningarna på ett sekel. Chocken utlöste en tsunami, som förstörde kustsamhällen. De kombinerade händelserna dödade mer än 500 människor. Så kraftfull var skakningen att, med en NASA -uppskattning, den flyttade jordens snurraxel med hela 8 cm.

Som nästan alla de mest kraftfulla jordbävningarna, detta var en megathrust jordbävning. Dessa händer vid subduktionszoner, platser där en tektonisk platta tvingas under en annan. Om tallrikarna plötsligt glider - vallar, du får en massiv jordbävning. Jordbävningen i Chile 2010 var 8,8 i storlek:tillräckligt stark för att flytta byggnader från deras fundament.

Vi förstår subduktionszoner dåligt, det är därför som geofysikern professor Anne Socquet, baserat på Université Grenoble Alpes i Frankrike, hade planerat att besöka Chile. Hon ville installera seismiska övervakningsinstrument för att samla in data. Av en slump, hon kom bara en vecka efter skalvet. "Det var skrämmande, "sa hon." Lägenheten vi hade hyrt hade sprickor i väggarna som du kunde sätta näven inuti. "

De flesta som studerar megatrustskakningar fokuserar på de förutslag som omedelbart föregår huvudskalvet, Prof. Socquet säger. Men en ovanlig egenskap hos megathrust quakes är att de ofta följs av en rad andra mycket kraftfulla megathrust quakes flera år senare och med epicenters hundratals kilometer bort. Jordbävningen i Chile 2010, till exempel, följdes av andra evenemang 2014, 2015 och 2016 fokuserade på områden upp och ner för Chiles kust. Prof. Socquet ville titta på dessa sekvenser av megatrust jordbävningar och undersöka de potentiella länkarna mellan de stora skalven. Detta kräver en noggrann undersökning av seismologiska och geodetiska data i större skala än vad som tidigare har gjorts.

Megathrust

Vi vet att megatrustskakningar är resultatet av subduktion av en tektonisk platta under en annan. Men bortom det, vi har mycket liten förståelse för dynamiken i subduktionen och hur den kan utlösa en instabilitet som leder till ytterligare en megatrusthändelse några år senare. Det finns vissa bevis för att det kan ha att göra med utsläpp och migration av vätskor på stort djup. Prof. Socquet's DEEP-trigger-projekt handlar om att fylla den luckan. "Detta är ett jungfruligt territorium när det gäller observationer, " Hon sa.

Det första steget i det sex månader gamla projektet skulle vara att lägga till nätverket med cirka 250 GPS-instrument som hon har bidragit till i Chile sedan 2007 och bygga ett nytt instrumentnät i Peru. För närvarande oförmögen att resa till Sydamerika på grund av COVID-19-pandemin, hon har arbetat med lokala kontakter för att påbörja installationen. Hon arbetar också med beräkningsverktyg för att börja analysera äldre data från regionen.

"Det kritiska blir att ha systematiska observationer av kopplingen mellan den långsamma glidningen och de seismiska frakturerna vid stor tid och rymdskalor. Detta kommer att vara en mycket stor input till vetenskapen."

Vid universitetet i Pavia i Italien, mineralogen professor Matteo Alvaro är också intresserad av megaquakes - om än mycket, mycket äldre.

Det visar sig att vi kan få ett unikt fönster på subduktionszoner som för miljontals år sedan. Det finns vissa platser, få och långt emellan, där stenar som har varit genom subduktionszoner tvingas upp till ytan. Genom att analysera dessa stenar kan vi härleda djup och tryck vid vilka subduktionen skedde och bygga upp en bild av hur subduktion fungerar - och kanske hur megatrost jordbävningar utlöses.

Kristall

Det brukar fungera så här. Geologer hittar en sten gjord av ett mineral med vad som kallas en inklusionskristall inuti den. Denna inkludering var instängd i mineralet när två subduktionsplattor pressade varandra på stort djup, kanske 100 km eller mer under ytan. Den kommer att ha en särskild kristallstruktur - en specifik, upprepa rumsliga arrangemang av atomer - vilket beror på trycket den upplevde när den bildades. Kristallen kan avslöja trycket som inklusionen utsattes för och därmed bildades djupet vid.

Problemet är, detta är en förenkling. Det gäller bara om inkluderingen är kubformad-och det är det nästan aldrig. Hela tanken på tryck är lika med djup - vi vet alla att detta kan vara felaktigt, säger prof. Alvaro. "De naturliga frågorna är Okej, men hur mycket har vi fel? ”Det är vad han bestämde sig för att ta reda på i sitt projekt SANA DJUVOR.

Planen var i princip enkel. Prof Alvaro ville mäta den belastning kristallen upplevde medan han fortfarande var instängd i mineralet. Om han kunde förstå den lilla förskjutningen av atomerna från sina vanliga positioner i en typisk, kristallstruktur utan tryck, som skulle ge ett bättre mått på den spänning som appliceras av den omgivande berget när kristallen bildades och så ett mer exakt mått på djupet vid vilket den bildades. För att studera atomstrukturen, han använder en kombination av röntgenkristallografi och en teknik som kallas Raman-spektroskopi.

Professor Alvaro har just demonstrerat den första framgångsrika tillämpningen av hans tekniker. Han tittade på ett prov av en sten från en plats som kallas Mir -röret i Sibirien. Detta är ett skaft av smält kimberlitsten som steg mycket snabbt från enorma djup. (Vi får de flesta av våra diamanter från kimberlitrör så här, och verkligen, Mir har bryts i stor utsträckning.) Alvaro tittade på granatstenar med ett litet kvartsinnehåll inuti som togs upp. "Kimberliten är hissen som tar den upp till ytan, " han sa.

Utlösare

Genom att mäta belastningen på inneslutningarna, han kunde bekräfta att det bildades vid ett tryck på 1,5 gigaPascal (cirka 15, 000 gånger det som finns på jordens yta) och en temperatur på 850 ^o C. Det här är inte helt förvånande, men det är det första beviset på att professor Alvaros teknik verkligen fungerar. Han försöker nu göra fler mått och bygga ett bibliotek med exempel.

Han undrar också, mer spekulativt, om det är möjligt att bildandet och deformationen av inneslutningarna kan fungera som den allra första utlösaren av megatrust jordbävningar. Tanken skulle vara att dessa små förändringar utlöser sprickor i större stenar som så småningom leder till att ett fel glider ur sin plats. Professor Alvaro planerar att utforska detta ytterligare.

"Ingen vet vad den första utlösaren är, det som utlöser den första slipen, "sa prof. Alvaro." Vi började tänka - och kanske är det en helt galen idé - att det kanske är dessa inkluderingar. Ett kluster av dem, kanske utsätts för en momentan fasändring och så en volymändring. Kanske kan det vara den allra första utlösaren. "