En speciell sorts antenn som används för att avbilda jorden som en ultraljudsscanner spårar bakom forskningsfartyget Marcus Langseth. Seismiska utredare vid University of Texas Institute for Geophysics använde superdatorer vid Texas Advanced Computing Center Seismic för att analysera en seismisk bild av en subduktionszon i detaljerad detalj. Kredit:UT Jackson School of Geosciences/UTIG
Långsamma jordbävningar, en typ av slow motion tremor, har upptäckts vid många av världens jordbävningshärdar, inklusive de som finns runt Pacific Ring of Fire, men det är oklart hur de är kopplade till de skadliga skalven som uppstår där. Forskare vid University of Texas i Austin har nu avslöjat jordbävningarnas inre funktion med hjälp av seismiska CT-skanningar och superdatorer för att undersöka en region utanför Nya Zeelands kust som är känd för att producera dem.
Insikterna hjälper forskare att hitta varför tektonisk energi vid subduktionszoner som Nya Zeelands Hikurangi subduktionszon, en seismiskt aktiv region där Stillahavets tektoniska platta dyker - eller subdukterar - under landets norra ö, släpps ibland försiktigt som långsam glidning, och andra gånger lika förödande, jordbävningar av stor storlek.
Forskningen publicerades nyligen i tidskriften Naturgeovetenskap som en del av en specialutgåva med fokus på subduktionszoner.
"Subduktionszoner är de största jordbävnings- och tsunamifabrikerna på planeten, "sa medförfattaren Laura Wallace, en forskare vid UT Austins Institute for Geophysics (UTIG) och GNS Science i Nya Zeeland. "Med mer forskning som denna, vi kan verkligen börja förstå ursprunget till olika typer av [jordbävnings] beteende vid subduktionszoner. "
Forskningen använde nya bildbehandlingstekniker och datormodellering för att testa flera föreslagna mekanismer om hur långsamma jordbävningar utvecklas, avslöjar de som fungerade bäst.
Studiens huvudförfattare, Adrien Arnulf, en UTIG -forskare, sade att denna forskningslinje är viktig eftersom förståelse för var och när en stor jordbävning i subduktionszonen kan inträffa endast kan ske genom att först lösa mysteriet med långsam glidning.
Jordbävningsskador i centrala Japan, 2011. För att bättre förstå hur seismiska händelser som detta kan slå till med tillräckligt med kraft för att jämna ut byggnader, forskare vid University of Texas i Austin undersöker mekaniken i en annan typ av slow motion tremor som är känt för att inträffa på samma platser. Upphovsman:GySgt Leo Salinas/DoD VI
"Om du ignorerar långsam glidning, du kommer att räkna fel hur mycket energi som lagras och frigörs när tektoniska plattor rör sig runt planeten, " han sa.
Forskare vet att långsamma händelser är en viktig del av jordbävningscykeln eftersom de inträffar på liknande platser och kan släppa ut lika mycket uppdämd tektonisk energi som en jordbävning av stor storlek, men utan att orsaka plötslig seismisk skakning. Faktiskt, händelserna är så långsamma, utvecklas under veckor, att de undgått upptäckten förrän för bara cirka 20 år sedan.
Nya Zeelands Hikurangi subduktionszon är en idealisk plats för att studera långsamma halvskalv eftersom de förekommer på djup som är tillräckligt grunda för att kunna avbildas vid hög upplösning, antingen genom att lyssna på jordens inre mullrande, eller genom att sända artificiella seismiska vågor in i underytan och registrera ekot.
Att förvandla seismiska data till en detaljerad bild är en mödosam uppgift, men genom att använda liknande tekniker som de som används vid medicinsk bildbehandling, geovetare kan välja längden, form, och styrkan i det seismiska ekot för att ta reda på vad som händer under jorden.
I den aktuella studien, Arnulf kunde extrahera ännu mer information genom att programmera algoritmer på Lonestar5, en superdator vid Texas Advanced Computing Center, att leta efter mönster i data. Resultaten berättade för Arnulf hur svagt felet hade blivit och där man kände tryck i jordens leder.
Han arbetade med UT Jackson School of Geosciences doktorand, James Biemiller, som använde Arnulfs parametrar i en detaljerad simulering han hade utvecklat för att modellera hur fel rör sig.
Den så kallade Ring of Fire är ett område som omger den tektoniska plattan i Stilla havet där många av världens jordbävningar och vulkanutbrott inträffar. Kredit:US Geological Survey
Simuleringen visade att tektoniska krafter byggde upp i skorpan och sedan släpptes genom en serie slowmotion -skakningar, precis som långsamma jordbävningar som detekterats vid Hikurangi under de senaste två decennierna.
Enligt forskarna, forskningens verkliga framgång var inte att modellen fungerade utan att den visade dem var luckorna är i fysiken.
"Vi har inte nödvändigtvis spiken i kistan om exakt hur ytlig långsam glidning uppstår, sa Biemiller, "men vi testade en av standardspikarna (hastighet-tillståndsfriktion) och fann att den inte fungerar så bra som du kan förvänta dig. Det betyder att vi förmodligen kan anta att det finns andra processer involverade i att modulera långsam glid, som cykler med vätsketryck och frisättning. "
Att hitta de andra processerna är precis vad teamet hoppas att deras metod kommer att underlätta.
Studiens seismiska data tillhandahålls av GNS Science och Nya Zeelands ministerium för ekonomisk utveckling. Forskningen finansierades av UTIG och en MBIE Endeavour-fond för GNS Science. UTIG är en enhet inom Jackson School of Geosciences.
