Cosa sta succedendo a circa 150 km sotto la superficie terrestre? Immagine tramite buone foto gratis.

Di Miles Bodmer, University of Oregon e Doug Toomey, University of Oregon

Il Pacific Northwest è noto per molte cose: la sua birra, la sua musica, le sue mitiche creature dai piedi grandi. La maggior parte delle persone non lo associano ai terremoti, ma dovrebbero., È sede della Cascadia megathrust fault che percorre 600 miglia (966 km) dalla California settentrionale fino all’isola di Vancouver in Canada, attraversando diverse grandi aree metropolitane tra cui Seattle e Portland, in Oregon.

Questa faglia geologica è stata relativamente tranquilla nella memoria recente. Non ci sono stati molti terremoti ampiamente sentiti lungo la Cascadia megathrust, certamente nulla che possa rivaleggiare con un evento catastrofico come il terremoto di Loma Prieta del 1989 lungo l’attivo San Andreas in California. Ciò non significa che rimarrà tranquillo, però., Gli scienziati sanno che ha il potenziale per grandi terremoti-grande come magnitudo 9.

I geofisici sanno da oltre un decennio che non tutte le porzioni della faglia di Cascadia megathrust si comportano allo stesso modo. Le sezioni settentrionale e meridionale sono molto più sismicamente attive rispetto alla sezione centrale – con frequenti piccoli terremoti e deformazioni del terreno che i residenti non notano spesso. Ma perché esistono queste variazioni e cosa le dà origine?,

La nostra ricerca cerca di rispondere a queste domande costruendo immagini di ciò che sta accadendo nel profondo della Terra, più di 90 miglia (144 km) sotto la faglia. Abbiamo identificato le regioni che stanno sorgendo sotto queste sezioni attive che pensiamo stiano portando alle differenze osservabili lungo la faglia della Cascadia.

Cascadia e il ‘Really Big One’

La zona di subduzione della Cascadia è una regione in cui due placche tettoniche si scontrano. Il Juan de Fuca, una piccola placca oceanica, viene guidato sotto la placca nordamericana, in cima alla quale si trovano gli Stati Uniti continentali.,

La placca di Juan de Fuca incontra la placca nordamericana sotto la faglia della Cascadia. Immagine tramite USGS.

I sistemi di subduzione – dove una placca tettonica scivola su un’altra – sono in grado di produrre i più grandi terremoti conosciuti al mondo. Un primo esempio è il terremoto di Tohoku del 2011 che ha scosso il Giappone.

Cascadia è sismicamente molto tranquilla rispetto ad altre zone di subduzione – ma non è completamente inattiva. La ricerca indica la rottura della faglia in un evento di magnitudo 9.0 nel 1700., Questo è circa 30 volte più potente del più grande terremoto di San Andreas previsto. I ricercatori suggeriscono che siamo all’interno della finestra di circa 300-500 anni durante la quale potrebbe verificarsi un altro grande evento della Cascadia.

Molti piccoli eventi intatti e non sciolti si svolgono nella Cascadia settentrionale e meridionale ogni anno. Tuttavia, nella Cascadia centrale, sottostante la maggior parte dell’Oregon, c’è pochissima sismicità. Perché lo stesso errore si comporterebbe in modo diverso in regioni diverse?,

Nell’ultimo decennio, gli scienziati hanno fatto diverse osservazioni aggiuntive che evidenziano le variazioni lungo la faglia.

Si ha a che fare con il bloccaggio della piastra, che ci dice dove si accumula lo stress lungo la faglia. Se le placche tettoniche sono bloccate-cioè, davvero bloccate insieme e incapaci di spostarsi l’una oltre l’altra – lo stress si accumula. Alla fine che lo stress può essere rilasciato rapidamente come un terremoto, con la grandezza a seconda di quanto grande è la zona di faglia che si rompe.

Un geosensore GPS a Washington., Immagine tramite Bdelisle.

I geologi sono stati recentemente in grado di distribuire centinaia di monitor GPS in tutta la Cascadia per registrare le sottili deformazioni del terreno che derivano dall’incapacità delle piastre di scivolare l’una accanto all’altra. Proprio come sismicità storica, piastra di bloccaggio è più comune nelle parti settentrionali e meridionali della Cascadia.

I geologi sono anche ora in grado di osservare brontolii sismici difficili da rilevare noti come tremore. Questi eventi si verificano nell’arco di tempo di diversi minuti fino a settimane, prendendo molto più tempo di un tipico terremoto., Non causano grandi movimenti del terreno anche se possono rilasciare quantità significative di energia. I ricercatori hanno scoperto solo questi segnali negli ultimi 15 anni, ma le stazioni sismiche permanenti hanno contribuito a costruire un robusto catalogo di eventi. Anche il tremore sembra essere più concentrato lungo le parti settentrionale e meridionale della faglia.

Cosa causerebbe questa situazione, con l’area sotto l’Oregon relativamente meno attiva da tutte queste misure? Per spiegare abbiamo dovuto guardare in profondità, oltre 100 chilometri (60 miglia) sotto la superficie, nel mantello terrestre.,

I punti verdi e i triangoli blu mostrano le posizioni delle stazioni di monitoraggio sismico. Immagine via Bodmer et al., 2018, Lettere di ricerca geofisica.

Imaging della Terra usando terremoti distanti

I medici usano le onde elettromagnetiche per “vedere” strutture interne come le ossa senza dover aprire un paziente umano per visualizzarle direttamente. I geologi immaginano la Terra più o meno allo stesso modo. Invece dei raggi X, usiamo l’energia sismica che si irradia dalla lontana magnitudine 6.,0-plus terremoti per aiutarci a” vedere ” le caratteristiche che fisicamente non riusciamo a raggiungere. Questa energia viaggia come onde sonore attraverso le strutture della Terra. Quando la roccia è più calda o parzialmente fusa anche di una piccola quantità, le onde sismiche rallentano. Misurando i tempi di arrivo delle onde sismiche, creiamo immagini 3-D che mostrano quanto velocemente o lentamente le onde sismiche viaggiano attraverso specifiche parti della Terra.

Sismometri di fondo oceanico in attesa di essere dispiegati durante l’iniziativa Cascadia. Immagine via Emilie Hooft.,

Per vedere questi segnali, abbiamo bisogno di registrazioni da stazioni di monitoraggio sismico. Più sensori forniscono una migliore risoluzione e un’immagine più chiara, ma la raccolta di più dati può essere problematica quando metà dell’area che ti interessa è sott’acqua. Per affrontare questa sfida, facevamo parte di un team di scienziati che ha schierato centinaia di sismometri sul fondo dell’oceano al largo degli Stati Uniti occidentali nell’arco di quattro anni, a partire dal 2011. Questo esperimento, l’iniziativa Cascadia, è stato il primo in assoluto a coprire un’intera placca tettonica con strumenti a una distanza di circa 30 miglia (50 km).,

Quello che abbiamo trovato sono due regioni anomale sotto la faglia in cui le onde sismiche viaggiano più lentamente del previsto. Queste anomalie sono grandi, circa 90 miglia (150 km) di diametro, e si presentano sotto le sezioni settentrionale e meridionale della faglia. Ricorda, è lì che i ricercatori hanno già osservato un aumento dell’attività: la sismicità. È interessante notare che le anomalie non sono presenti sotto la parte centrale della faglia, sotto Oregon, dove vediamo una diminuzione dell’attività.,

Le regioni in cui le onde sismiche si muovevano più lentamente, in media, sono più rosse, mentre le aree in cui si muovevano più rapidamente sono più blu. Le aree anomale più lente 90 miglia (150 km) sotto la superficie terrestre corrispondevano a dove le placche in collisione sono più bloccate e dove il tremore è più comune. Immagine via Bodmer et al., 2018, Lettere di ricerca geofisica.

Quindi quali sono esattamente queste anomalie?

Le placche tettoniche galleggiano sullo strato di mantello roccioso della Terra., Dove il mantello sta lentamente salendo nel corso di milioni di anni, la roccia si decomprime. Dal momento che è a temperature così elevate, quasi 1500 gradi Celsius (2700 F) a 100 km (60 mi) di profondità, può sciogliersi leggermente.

Questi cambiamenti fisici fanno sì che le regioni anomale siano più galleggianti: la roccia calda fusa è meno densa della roccia fredda solida. È questa galleggiabilità che crediamo stia influenzando il comportamento della faglia sopra. La regione calda e parzialmente fusa spinge verso l’alto su ciò che è sopra, simile a come un palloncino di elio potrebbe sollevarsi contro un foglio drappeggiato su di esso., Crediamo che questo aumenti le forze tra le due piastre, facendole accoppiare più fortemente e quindi bloccare più completamente.

Una previsione generale per dove, ma non quando

I nostri risultati forniscono nuove informazioni su come questa zona di subduzione, e possibilmente altre, si comporta in tempi geologici di milioni di anni. Sfortunatamente i nostri risultati non possono prevedere quando si verificherà il prossimo grande terremoto di Cascadia megathrust., Ciò richiederà più ricerca e un monitoraggio attivo denso della zona di subduzione, sia onshore che offshore, utilizzando stazioni sismiche e GPS-like per catturare fenomeni a breve termine.

Il nostro lavoro suggerisce che è più probabile che un grande evento inizi nella sezione settentrionale o meridionale della faglia, dove le piastre sono più completamente bloccate, e fornisce una possibile ragione per cui ciò potrebbe essere il caso.,

Resta importante che il pubblico e i responsabili politici rimangano informati sul potenziale rischio connesso alla convivenza con un guasto della zona di subduzione e supportino programmi come l’Early Warning dei terremoti che cercano di espandere le nostre capacità di monitoraggio e mitigare le perdite in caso di rottura di grandi dimensioni.

Miles Bodmer, Studente di dottorato in Scienze della Terra, Università dell’Oregon e Doug Toomey, Professore di Scienze della Terra, Università dell’Oregon

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Linea di fondo: Parti della faglia Cascadia del Pacifico nord-occidentale sono più sismicamente attive di altre. I dati di imaging suggeriscono perché.

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