Jordbävningar är de mest dramatiska och anmärkningsvärda resultaten av tektoniska plattors rörelser. De är ofta destruktiva och dödliga, eller åtminstone fysiskt kännbara – de är bokstavligen banbrytande geologiska händelser. Det är dock inte alla tektoniska rörelser som leder till effekter som människor kan uppfatta.
Slow slip-händelser inträffar när uppdämda tektoniska krafter frigörs under loppet av några dagar eller månader, som en jordbävning som utvecklas i slow motion. Den mer gradvisa rörelsen innebär att människor inte kommer att känna jorden skaka under sina fötter och att byggnader inte kommer att kollapsa. Men bristen på förstörelse gör inte långsamma glidningar mindre vetenskapligt viktiga. I själva verket kan deras roll i jordbävningscykeln bidra till att leda till en bättre modell för att förutsäga när jordbävningar inträffar.
I en artikel som nyligen publicerades i Geophysical Research Letters undersöker en forskargrupp från Jackson School of Geosciences under ledning av Harm Van Avendonk, Nathan Bangs och Nicola Tisato hur bergarternas sammansättning, särskilt deras permeabilitet – eller hur lätt vätskor kan flöda genom dem – påverkar frekvensen och intensiteten av långsamma glidningar.
Under 2019 och 2022 reste gruppen till Nya Zeelands nordö för att samla in stenar från flera hällar nära Hikurangi-marginalen. Detta är en subduktionszon utanför Nya Zeelands kust där långsamma glidningar inträffar rutinmässigt, ungefär en gång om året. Forskarna tog med sig en mängd stenar till UT, där de testade deras permeabilitet och elastiska egenskaper.
Stenprover som samlades in från hällar i Nya Zeeland 2022 fördes till laboratorier vid Jackson School of Geosciences vid University of Texas i Austin. Kredit: Nicola Tisato / Jackson School of Geosciences
Deras tester visade hur porer i bergarterna kan kontrollera de regelbundna långsamma glidningarna vid denna subduktionszon. Tidigare studier har visat att ett lager ogenomträngligt berg överst på den nedåtgående tektoniska plattan fungerar som ett förseglat lock som fångar upp vätska i porerna i underliggande berglager.
När vätska ansamlas under förseglingen byggs trycket upp och blir till slut tillräckligt högt för att utlösa en långsam glidning eller jordbävning. Denna händelse bryter då den ogenomträngliga tätningen, vilket tillfälligt spräcker bergarterna och gör att de kan suga upp vätskor. Inom några månader läker bergarterna och återgår till sin ursprungliga permeabilitet, och cykeln börjar om igen.
När Tisato och andra forskare studerade denna cykel testade de bergarter från närliggande ytutsprång som en gång var en del av jordbävningsförkastningen djupt under jorden. Tidigare studier av permeabilitet har endast utförts på lösa sediment som har konsoliderats till fast berg.
”Vi visar för första gången, med hjälp av bergarter som är representativa för dem på djupet, att permeabiliteten styr (långsamma glidningar)”, säger han.
Laura Wallace, forskare vid University of Texas Institute for Geophysics och GEOMAR i Tyskland, har studerat långsamma glidningar i mer än 20 år och var den första personen som registrerade långsamma glidningar som inträffade i Hikurangi-marginalen. Hon säger att denna artikel tillför fler datapunkter för att informera om de tidsskalor under vilka förändringar i förkastningszonens permeabilitet kan äga rum, vilket eventuellt kan påverka de observerade cyklerna av långsamma glidningar.
En vy över havet från Nya Zeelands kust. Credit: Nicola Tisato / Jackson School of Geosciences
”Det lägger till några ytterligare databegränsningar för hur den här förkastningsventilprocessen kan fungera, hur vätskecykling kan fungera i subduktionszonen – om det verkligen är det som driver cykliciteten hos dessa saker”, säger Wallace.
Det slutgiltiga målet med denna forskning, säger 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 forskarna ännu inte har knäckt.
Han och doktoranden Jacob Allen analyserar för närvarande stenprover från marginalen och testar för skillnader i permeabilitet. Bergarterna i den norra änden av denna subduktionszon är rikare på leror än de i den södra änden.
Eftersom leror är formbara och kan rymma mycket vatten och andra vätskor är de idealiskt lämpade för att fånga upp, spräcka och kanalisera dessa vätskor. Det kan förklara varför långsamma glidningar sker ofta i den norra änden av subduktionszonen, medan de är sällsynta i den södra änden, säger Tisato.
”Vi måste försöka förstå varför det sker långsamma glidningar i norra delen av Hikurangi-marginalen och varför det sker färre långsamma glidningar i södra delen av Hikurangi-marginalen”, säger Tisato. ”För om vi förstår det, då har vi ytterligare ett steg att gå mot förutsägelsen.”
Tre forskarstuderande från Jackson School of Geosciences bidrog också till detta dokument: Carolyn Bland, Kelly Olsen och Andrew Gase.
Ytterligare information: Nicola Tisato et al, Permeability and Elastic Properties of Rocks From the Northern Hikurangi Margin: Implications for Slow‐Slip Events, Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2023GL103696
