Slippery Clay At Fault In 2011 Aardbeving In Japan

{h1}

Zwakke, gladde klei die op drakenhuid lijkt, is de sleutel tot het verklaren van de verwoestende impact van de aardbeving in japan van 2011.

Gladde klei die eruitziet als schilferige zwarte drakenhuid is de cruciale aanwijzing die nodig is om de verrassende impact van de aardbeving van Japan in 2011 te verklaren, volgens drie studies die vandaag (5 december) in het tijdschrift Science zijn gepubliceerd.

Wetenschappers hebben nu vier bewijslijnen (waaronder een studie uit februari 2013 die ook in Science is gepubliceerd) die helpen verklaren waarom de aardbeving-genererende fout van Japan zo raar handelde tijdens het 2011-optreden.

"Het lijkt erop dat de wrijvingsweerstand op deze locatie bijna nul wordt en we dachten nooit dat het zo laag zou kunnen worden", zegt Patrick Fulton, een geofysicus aan de universiteit van Californië, Santa Cruz en hoofdauteur van een van de onderzoeken. "Dit levert beslist nieuwe ideeën op en daagt ons begrip uit van aardbevingen en breuken van fouten."

Wetenschappers aan boord van de D / V Chikyu onderzoeken een geboorde cilinder van steen van de schuld die de aardbeving in Japan in 2011 heeft veroorzaakt.

Wetenschappers aan boord van de D / V Chikyu onderzoeken een geboorde cilinder van steen van de schuld die de aardbeving in Japan in 2011 heeft veroorzaakt.

Krediet: JAMSTEC

De klei, die beter bestand is tegen slippen dan een bananenschil, vormt het ondiepe deel van de massieve plaatgrensbreuk voor de kust van Japan, waar de zeebodem op 11 maart 2011 met maar liefst 165 voet (50 meter) oostwaarts sprong. surge gaf de oceaan een gigantische klap en genereerde de destructieve tsunami die meer dan 15.000 mensen doodde.

Een internationaal wetenschappelijk team heeft de klei teruggewonnen in mei 2012, tijdens het allereerste boorproject in een onlangs verbrijzelde subductiezone. Ten oosten van Japan slaan twee van de massieve aardkorstfragmenten van de aarde, tektonische platen genoemd, in elkaar op een grens die een subductiezone wordt genoemd - waar de Pacifische plaat onder de Okhotsk-plaat glijdt, protesteert en kreunt. 'S Werelds grootste aardbevingen (die sterker zijn dan magnitude-9) slaan op subductiezones.

Foutieve fout

De Tohoku aardbeving was een magnitude 9.0, maar het was als geen subductie aardbeving ooit eerder gezien. Vóór de aardbeving in 2011 dachten wetenschappers dat subductiezones hun energie diep concentreren, waar rotsen sterk zijn en platen tussen bevingen kunnen blijven kleven. (Storingen slaan energie op tussen aardbevingen, soort van veren, langzaam knijpen totdat de grens ontketent en alles scheurt uit elkaar.) Maar de Tohoku temblor was een verrassing - het ondiepe deel van de fout verschoof twee keer zo veel als het diepere deel. Deze zachte, modderige rotsen zouden naar verwachting te zwak zijn om energie op te slaan tussen aardbevingen. [Infographic: Hoe Japan's aardbeving in 2011 plaatsvond]

"We hadden nog nooit zo'n grote slip gezien op zeer ondiepe diepte in een subductiezone daarvoor," vertelde Fulton WordsSideKick.com's OurAmazingPlanet. "Het was ongehoord."

De huidige studies concluderen dat de klei van de drakenhuid de zwakke schakel van de aardbeving was. De gladde klei hielp de platen zo ver schuiven tijdens de 2011 temblor.

De boorlocatie voor de kust van Japan, waar onderzoekers de plaatgrens doorbraken die de Tohoku-aardbeving in 2011 veroorzaakte.

De boorlocatie voor de kust van Japan, waar onderzoekers de plaatgrens doorbraken die de Tohoku-aardbeving in 2011 veroorzaakte.

Credit: IODP / JAMSTEC

"Alle tektonische bewegingen waren geconcentreerd in deze zwakke laag", zegt Christie Rowe, co-auteur en foutgeoloog aan de McGill University in Canada.

En omdat de kleilaag een onderscheidende marker is die begraven ligt boven de Noordwest-Pacifische zeebodem, vrezen wetenschappers subductiezones in de buurt van Alaska en Rusland kunnen deze klei ook verbergen. Als dat zo is, zou hun potentieel voor krachtige tsunami's groter kunnen zijn dan gedacht.

"We denken dat andere gebieden risico lopen voor dit soort evenementen, zoals Kamtsjatka en de Aleoeten," zei Rowe. "Het is een ontnuchterende gedachte."

Eerste gezicht

Rowe was een van de meer dan 20 wetenschappers aan boord van het onderzoeksschip Chikyu toen ze met succes de klei inliepen, waarvan de onderzoekers denken dat ze de oorzaak zijn van de aardbeving in 2011. De boorders doorboorden meer dan 2.700 voet (800 meter) van de zeebodem en 4 mijl (7.000 m) van de oceaan om de fout te bereiken.

Volgens seismische onderzoeken is de storing op de drie boorlocaties relatief vlak; klassieke geologen noemen een decolleté, meldt de studie. (De breuk van de plaatgrens strekt zich eigenlijk honderden kilometers uit en duikt onder de aardmantel onder Japan.)

Toen de schilferige klei die de grensfout van de plaat markeerde aan dek verscheen, verzamelden wetenschappers zich rond en tuurden ernaar door een plastic omhulsel, grinnikend naar de aanblik. Later, in de laboratoria aan boord, staarden onderzoekers er eenvoudigweg vol ontzag naar voordat ze monsters gingen uitdelen, zei Rowe.

"Het was superexciting," zei ze. "We wisten dat we de plaatgrens hadden overschreden."

De glanzende klei is waarschijnlijk minder dan 16 voet (5 m) dik - de boven- en onderkant waren verloren bij het terughalen van de kern - en de laag wisselt van kleur heen en weer van zwart naar oker. De schilferige textuur komt veel voor in seismisch gemartelde klei. Het is zo glad dat het aanvoelt als een smeermiddel, zei Rowe.

Laboratoriumtests uitgevoerd aan de Universiteit van Tsukuba in Japan, geleid door onderzoeker Kohtaro Ujiie, bevestigen dat de klei zwak is onder stress. Deze experimenten simuleerden verschillende soorten aardbevingen, zoals klein, gemiddeld en groot. Het onderzoek toonde aan dat de klei nog gladder wordt als het nat is en blootstaat aan extreme wrijving, zoals tijdens de aardbeving in 2011, meldde Ujiie in Science.

Hoe heet was het?

Het Japan Trench Fast Drilling Project gebruikte een op afstand bediend voertuig om een ​​reeks temperatuursensoren op te halen uit een boorgat dat de breuk overstak die de Tohoku-aardbeving in 2011 veroorzaakte.

Het Japan Trench Fast Drilling Project gebruikte een op afstand bediend voertuig om een ​​reeks temperatuursensoren op te halen uit een boorgat dat de breuk overstak die de Tohoku-aardbeving in 2011 veroorzaakte.

Krediet: JAMSTEC

Een andere belangrijke meting die de ondiepe fout bevestigde, was glad en zwak tijdens de aardbeving in 2011, de temperatuursonde van het team. Nadat de stenenafname was voltooid, installeerden boorders temperatuursensoren in een boorgat over de breuklijn, die vervolgens na negen maanden werden opgevangen door een op afstand bediend voertuig.

Wrijving tijdens aardbevingen produceert enorme hoeveelheden warmte bij fouten, net zoals het handen wrijven samen warmte genereert. De Tohoku aardbeving was heet omdat het tot nu toe gleed, waardoor een restwarmte-anomalie van minder dan 0,5 graden Fahrenheit (0,31 graden Celsius) werd geproduceerd, rapporteerde Fulton. [7 gekste manieren waarop de aardbeving in Japan de aarde treft]

Het hittesignaal vertaalt zich naar een coëfficiënt van statische wrijving van 0,08, volgens computersimulaties - hetzelfde als autobanden op een ijzige weg of 0,01 groter dan een rubberen schoen die op een bananenschil stapt. (De coëfficiënt van statische wrijving is een maat voor de kracht die nodig is om een ​​object te laten bewegen.)

"Dit is echt een heel klein aantal - vele malen minder dan wat we in het algemeen dachten dat de meeste rotsen een wrijvingscoëfficiënt hadden van [zoals 0,6], en het vertelt ons dat de fout tijdens de aardbeving weinig of geen weerstand had," Fulton zei. "Het was erg glad."

Deze wrijvingsgegevens zullen een cruciaal puzzelstuk zijn om aardbevingen beter te begrijpen, zei hij. Het is een van de enige directe wrijvingsmetingen ooit verkregen van een fout na een aardbeving.

Een illustratie die laat zien hoe temperatuursensoren werden geïnstalleerd in het diepe boorgat. De temperatuurmetingen suggereren dat de fout gladder is dan wetenschappers dachten.

Een illustratie die laat zien hoe temperatuursensoren werden geïnstalleerd in het diepe boorgat. De temperatuurmetingen suggereren dat de fout gladder is dan wetenschappers dachten.

Krediet: JAMSTEC

"Wrijvingsweerstand bij fouten is een fundamentele parameter die bepaalt hoe aardbevingen beginnen en stoppen, en uitgroeien tot gigantische aardbevingen," zei Fulton. "We proberen allemaal meer te weten te komen over de fysica van aardbevingen en ze zo mogelijk te voorspellen. Om dat te doen, moeten we weten wat de manier is waarop aardbevingen groot worden en hoe ze beginnen en stoppen. dat, en is een van de eerste echt robuuste metingen van die parameters, vooral in een subductiezone. "

Waarom zo zwak?

De studies voegen meer bewijs toe aan een groeiend aantal onderzoeken dat fouten erg zwak kunnen worden wanneer ze met zeer hoge snelheden uitglijden, zei Fulton. Dit gedrag is te zien in laboratoriumexperimenten met gesteenten uit foutzones en computersimulaties. Er zijn echter alternatieve modellen voorgesteld om het ongewone gedrag van de aardbeving in Tohoku te verklaren.

"De bevindingen van het [boorproject] brengen ons dichter bij het bepalen welke van deze opvattingen klopt", schreef Kelin Wang, een geofysicus bij de Geological Survey of Canada die niet bij de studie was betrokken, in een commentaar op de studies, die ook vandaag is gepubliceerd in de wetenschap.

Het wetenschappelijke diepzeeboringsschip Chikyu.

Het wetenschappelijke diepzeeboringsschip Chikyu.

Credit: IODP / JAMSTEC

De studies zijn slechts de eerste van velen die uit het boorproject komen. Wetenschappers analyseren fossiele en aslagen uit de boorkern om de rotsen te correleren met lagen elders in de Stille Oceaan. Een ander project betreft het meten van de effecten van naschokken op de fout, via het boorgat dat wordt gebruikt om de temperatuur te bewaken. Onderzoekers zijn ook van plan om in andere subductiezones naar drakenhuidklei te zoeken en te modelleren hoe het gedrag in de subductiezone van Japan dieper wordt. Ten slotte zijn er plannen om de wrijvingsresultaten te vergelijken met andere actieve projecten voor foutboringen in Costa Rica, China en Taiwan. [De 10 grootste aardbevingen in de geschiedenis]

En wetenschappers moeten nog steeds uitvinden hoe de zwakke drakenhuidklei seismische energie kan opslaan tussen aardbevingen, of dat er een ander mechanisme aan het werk is.

"Er is veel gepraat en argument geweest, omdat de klei zo zwak is dat het onmogelijk is om je voor te stellen dat het veel elastische belasting opbouwt om aardbevingen te veroorzaken," zei Rowe. "In de 21e eeuw hebben we minder dan 10 magnitude-9 aardbevingen gehad en iedereen leert ons iets compleet nieuws."

Email Becky Oskin of volg haar @beckyoskin. Volg ons @OAPlanet, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel opWordsSideKick.com's OurAmazingPlanet.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com