Jordbävningar är de mest dramatiska och anmärkningsvärda resultaten av tektoniska plattor. De är ofta destruktiva och dödliga, eller åtminstone fysiskt kännbara - de är bokstavligen banbrytande geologiska händelser. Men inte alla tektoniska rörelser resulterar i effekter som människor kan uppfatta.
Händelser med långsam glidning inträffar när uppdämda tektoniska krafter frigörs under loppet av några dagar eller månader, som en jordbävning som utspelar sig i slow motion. Den mer gradvisa rörelsen innebär att människor inte kommer att känna att jorden skakar under deras fötter och byggnader kommer inte att kollapsa. Men bristen på förstörelse gör inte händelser med långsam glidning mindre vetenskapligt viktiga. Faktum är att deras roll i jordbävningscykeln kan hjälpa till att leda till en bättre modell för att förutsäga när jordbävningar inträffar.
I en artikel publicerad nyligen i Geophysical Research Letters , en forskningsgrupp vid Jackson School of Geosciences under ledning av Harm Van Avendonk, Nathan Bangs och Nicola Tisato utforskar hur stenars sammansättning, särskilt deras permeabilitet – eller hur lätt vätskor kan flöda genom dem – påverkar frekvensen och intensiteten av händelser med långsam glidning.
Under 2019 och 2022 reste gruppen till Nya Zeelands nordön för att samla stenar från flera hällar nära Hikurangi-marginalen. Detta är en subduktionszon utanför Nya Zeelands kust där långsamma halkningar inträffar rutinmässigt, ungefär en gång om året. Forskarna tog tillbaka en cache med stenar till UT, där de testade deras permeabilitet och elastiska egenskaper.
Deras tester visade hur porer i klipporna kunde kontrollera de vanliga långsamma glidhändelserna i denna subduktionszon. Tidigare studier har föreslagit att ett lager av ogenomträngligt berg överst på den nedåtgående tektoniska plattan fungerar som ett förseglat lock och fångar vätska i porerna i underliggande bergskikt.
När vätska ansamlas under tätningen byggs trycket upp och blir så småningom tillräckligt högt för att utlösa en långsam glidning eller jordbävning. Denna händelse bryter sedan den ogenomträngliga tätningen, spricker tillfälligt stenarna, vilket gör att de kan suga upp vätskor. Inom några månader läker stenarna och återgår till sin ursprungliga permeabilitet, och cykeln börjar om igen.
I studien av denna cykel testade Tisato och andra forskare stenar från närliggande ythällar som en gång var en del av jordbävningsförkastningen djupt under jorden. Tidigare permeabilitetsstudier har endast utförts på lösa sediment som har konsoliderats till fast berg.
"Vi visar för första gången, med hjälp av stenar som är representativa för dem på djupet, att permeabiliteten kontrollerar (långsamma glidhändelser)," sa han.
Laura Wallace, en forskare vid University of Texas Institute for Geophysics och GEOMAR i Tyskland, har studerat långsamma glidhändelser i mer än 20 år och var den första personen som registrerade långsamma halkhändelser som inträffade i Hikurangi-marginalen. Hon sa att denna uppsats lägger till fler datapunkter för att informera om tidsskalorna över vilka förändringar av förkastningszonens permeabilitet kan ske, vilket möjligen kan påverka de observerade cyklerna för långsam glidning.
"Det lägger till några ytterligare databegränsningar om hur denna felventilprocess kan fungera, hur vätskecykling kan fungera vid subduktionszonen - om det verkligen är det som driver cykliciteten hos dessa saker," sa Wallace.
Det slutliga målet med denna forskning, sa Tisato, är att förstå varför jordbävningar inträffar och att så småningom bygga en övertygande modell som till och med kan förutsäga dem, en kod som forskare ännu inte har knäckt.
Han och doktoranden Jacob Allen analyserar för närvarande bergprover från mitten av marginalen och testar för skillnader i permeabilitet. Stenarna i den norra änden av denna subduktionszon är rikare på lera än de i den södra änden.
Eftersom leror är formbara och kan ta emot mycket vatten och andra vätskor, är de idealiska för att fånga, spricka och kanalisera dessa vätskor. Det kan förklara varför långsamma halka händelser på den norra änden av subduktionszonen inträffar ofta, medan de inträffar sällan i den södra änden, sa Tisato.
"Vi måste gå igenom övningen för att förstå varför i norr om Hikurangi-marginalen det finns långsamma halkar, och varför i södra Hikurangi-marginalen har vi färre långsamma halkar," sa Tisato. "För om vi förstår det, då har vi ytterligare ett steg att gå mot förutsägelsen."
Tre doktorander från Jackson School of Geosciences bidrog också till denna uppsats:Carolyn Bland, Kelly Olsen och Andrew Gase.
Mer information: Nicola Tisato et al, Permeability and Elastic Properties of Rocks From the Northern Hikurangi Margin:Impplications for Slow-Slip Events, Geophysical Research Letters (2024). DOI:10.1029/2023GL103696
Journalinformation: Geofysiska forskningsbrev
Tillhandahålls av University of Texas i Austin
