دانشمندان یک دروازه زلزله را در کالیفرنیا آشکار کردند!

به گزارش اطلاعات آنلاین، کالیفرنیای جنوبی روی یکی از فعال‌ترین و تحت نظارت‌ترین شبکه‌های گسلی در ایالات متحده قرار دارد. زلزله‌ها معمولاً در جایی اتفاق می‌افتند که بخش‌هایی از پوسته زمین در برابر یکدیگر حرکت می‌کنند، گیر می‌کنند و به آرامی تنش ایجاد می‌کنند. وقتی این انرژی ذخیره شده سرانجام آزاد می‌شود، نتیجه می‌تواند زلزله باشد.

دو مورد از مهم‌ترین سیستم‌های گسلی در کالیفرنیای جنوبی، گسل‌های سن آندریاس و سن جاسینتو هستند. آنها در کنار هم، بخش زیادی از حرکت تکتونیکی منطقه را در خود جای می‌دهند. در شمال شرقی لس‌آنجلس، این دو سیستم در گذرگاه «کاجون» به هم نزدیک می‌شوند؛ یک تقاطع زمین‌شناسی پیچیده که در آن پارگی در امتداد یک گسل ممکن است، تحت شرایط مناسب به گسل دیگر ادامه یابد.

این احتمال مهم است زیرا منطقه وسیع‌تر لس‌آنجلس از زمان زلزله ۷.۹ ریشتری فورت تجون در سال ۱۸۵۷، زلزله بزرگ قابل مقایسه‌ای را تجربه نکرده است. در طول آن دوره طولانی آرامش، تنش تکتونیکی همچنان در امتداد بخش‌هایی از سیستم گسلی ایجاد شده است و سوالات دیرینه‌ای را در مورد چگونگی وقوع یک شکستگی بزرگ در آینده مطرح می‌کند.

تنش گسل کالیفرنیا به سطوح بسیار بالایی رسیده است

مطالعه جدید بخش تحقیقات فضایی و علوم سیاره‌ای (WP) در موسسه فیزیک دانشگاه برن، اکنون دیدگاه بسیار طولانی‌تری نسبت به این خطر اتخاذ کرده است. یک تیم بین‌المللی تقریباً ۱۰۰۰ سال فعالیت زلزله در امتداد سیستم‌های گسلی جنوبی سن آندریاس و سن جاسینتو را مدل‌سازی کرد تا میزان تنشی را تخمین بزند که در حال حاضر در اطراف گذرگاه کاجون متمرکز است.

این تحقیق همچنین شامل دانشمندانی از دانشگاه هاوایی در مانوا، مرکز علوم زلزله سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده در پاسادنا و موسسه اقیانوس‌شناسی اسکریپس در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو بود.

نتایج آنها نشان می‌دهد که تنش‌های تکتونیکی در بخش‌هایی از سیستم به بالاترین مقادیر یافت شده در هر کجای تاریخ ۱۰۰۰ ساله مدل رسیده و در برخی مکان‌ها از آن فراتر رفته است.

محققان همچنین گذرگاه کاجون را به عنوان یک “دروازه زلزله” توصیف می‌کنند: یک محل اتصال گسل که ممکن است به تعیین اینکه آیا یک زلزله بزرگ محدود به یک گسل باقی می‌ماند یا در هر دو سیستم گسل ادامه می‌یابد، کمک کند.

مدل‌سازی ۱۰۰۰ سال زلزله

محققان برای بازسازی چگونگی تغییر تنش در طول قرن‌ها، یک مدل چرخه زلزله چهار بعدی مبتنی بر فیزیک ایجاد کردند. از نظر عملی، این مدل آنچه را شبیه‌سازی می‌کند که در سه بعد فضا اتفاق می‌افتد و در عین حال چگونگی تغییر سیستم گسل در طول زمان را نیز ردیابی می‌کند.

سپس این تیم یک رکورد ۱۰۰۰ ساله از زلزله‌های گذشته را که از چندین نوع شواهد جمع‌آوری شده بود، در نظر گرفت. این شواهد شامل تاریخ‌گذاری رادیوکربن، الگوهای غیرمعمول ثبت شده در حلقه‌های درخت و سوابق تاریخی توصیف کننده پارگی‌هایی بود که سطح زمین را می‌شکنند.

طبق این مدل، تنش‌ها در سراسر منطقه اکنون در بالاترین سطح خود در ۱۰۰۰ سال گذشته هستند.

گذرگاه کاجون مانند یک «دروازه زلزله» عمل می‌کند

یکی از یافته‌های اصلی این مطالعه مربوط به اتفاقی است که هنگام رسیدن یک گسیختگی به گذرگاه کاجون رخ می‌دهد. محل اتصال مانند یک مانع ساده رفتار نمی‌کند. بسته به وضعیت تنش در گسل‌های اطراف، ممکن است گسیختگی را متوقف کند یا به آن اجازه دهد از یک سیستم گسل به دیگری ادامه یابد.

زلزله‌های گذشته هر دو احتمال را نشان می‌دهند. در طول زلزله فورت تجون در سال ۱۸۵۷، گسیختگی در گذرگاه کاجون متوقف شد و به گسل سن جاسینتو ادامه نیافت. در مقابل، زلزله رایت‌وود در سال ۱۸۱۲ از محل اتصال عبور کرد و هر دو سیستم را در یک رویداد سراسری واحد گسیخت.

مفهوم دروازه زلزله نکته مهمی را در مورد نحوه عملکرد اتصالات گسل‌ها به تصویر می‌کشد. گذرگاه کاجون صرفاً زلزله‌ها را مسدود یا هدایت نمی‌کند: بلکه به شرایط تنش واکنش نشان می‌دهد و این شرایط در طول قرن‌ها تغییر می‌کنند.

دو گسل با هم در حال تنش هستند

محققان دریافتند که رابطه بین سطوح تنش روی دو سیستم گسلی ممکن است از اهمیت ویژه‌ای برخوردار باشد. اگر هر دو گسل به طور همزمان تحت تنش شدید قرار گیرند، شرایط می‌تواند برای عبور گسیختگی از گذرگاه کاجون و ادامه آن از طریق هر دو سیستم مساعدتر شود. اگر سطوح تنش در زمان‌های مختلف افزایش یابد، احتمال توقف گسیختگی زلزله در محل اتصال بیشتر است.

این مدل در حال حاضر تنش را روی بخش سن جاسینتو-برناردینو ۳.۶ مگاپاسکال قرار می‌دهد که بالاتر از هر مقداری است که در طول شبیه‌سازی ۱۰۰۰ ساله در جاهای دیگر به دست آمده است. مگاپاسکال مخفف مگاپاسکال است، واحدی که دانشمندان برای اندازه‌گیری فشار یا تنش مکانیکی استفاده می‌کنند.

در بخش موهاوی جنوبی گسل سن آندریاس که در نزدیکی آن قرار دارد، تنش مدل‌سازی شده به ۲.۸ مگاپاسکال رسیده است.

این بدان معناست که هر دو بخش گسل سطوح تنش غیرمعمول بالا و نسبتاً مشابهی را تحمل می‌کنند. به گفته محققان، این پیکربندی شبیه شرایطی است که در مدل قبل از گسیختگی‌های گذشته دیده شده است که از هر دو سیستم گسل عبور می‌کردند.

بنابراین نه تنها نگران‌کننده است که تنش‌ها به اوج تاریخی خود رسیده‌اند، بلکه شرایط تنش نسبی بین دو سیستم گسلی نیز به محدوده‌ای نزدیک می‌شود که با گسیختگی‌های بزرگ عبور همزمان از هر دو گسل مرتبط است و این سناریویی با پیامدهای بسیار بزرگتر است.

چرا یک گسیختگی مشترک می‌تواند پیامدهای گسترده‌تری داشته باشد؟

گسیختگی که از گذرگاه کاجون عبور کرده و گسل سن آندریاس و گسل سن جاسینتو را درگیر کرده است، می‌تواند منطقه‌ای بسیار بزرگتر از زلزله‌ای که فقط به یک گسل محدود می‌شود را تحت تأثیر قرار دهد.

منطقه اطراف شامل برخی از پرجمعیت‌ترین و وابسته‌ترین بخش‌های کشور به زیرساخت‌ها است. مناطقی که ممکن است تحت تأثیر قرار گیرند شامل لس‌آنجلس بزرگ، سن برناردینو، ریورساید و دره کوآچلا هستند.

خود گذرگاه کاجون نیز یک کریدور اصلی حمل و نقل و زیرساخت است. بزرگراه‌ها، خطوط ریلی و زیرساخت‌های انرژی همگی از این منطقه عبور می‌کنند و این محل اتصال را نه تنها از منظر زمین‌شناسی، بلکه برای برنامه‌ریزی اضطراری نیز مهم می‌کند.

این سوال که زلزله بزرگ بعدی چه زمانی و چگونه در این منطقه رخ خواهد داد، یکی از مبرم‌ترین مسائل در علوم زمین کاربردی است. نتایج تصویر واضح‌تر و مبتنی بر فیزیک از وضعیت فعلی تنش سیستم گسل ارائه می‌دهد و چارچوبی که محققان توسعه داده اند نه تنها برای کالیفرنیا، بلکه برای سایر نقاط اتصال گسل پیچیده در سراسر جهان نیز قابل استفاده است.

تنش بالا به معنای قریب‌الوقوع بودن زلزله نیست.

محققان تأکید می‌کنند که یافته‌های آنها نباید به عنوان پیش‌بینی تاریخ زلزله تفسیر شود. حتی زمانی که گسل‌ها تحت تنش شدید هستند، دانشمندان نمی‌توانند از این اطلاعات برای تعیین دقیق زمان وقوع گسستگی استفاده کنند. در عوض، این مدل به آشکار کردن سناریوهای زلزله‌ای کمک می‌کند که با توجه به وضعیت فعلی سیستم گسل ممکن است از نظر فیزیکی محتمل باشند.

این اطلاعات برای ارزیابی خطر، برنامه‌ریزی زیرساخت‌ها و آمادگی اضطراری مهم است.

نتایج این پژوهش در ژورنال Geophysical Research: Solid Earth منتشر شده است.