Forskning har gett ny insikt i de tektoniska plattförskjutningar som skapar några av jordens största jordbävningar och tsunamier.
”Det här är den första studien som använder kustgeologi för att rekonstruera splay fault-systemets brotthistoria”, säger Jessica DePaolis, postdoktor vid Virginia Techs institution för geovetenskaper. ”Dessa splay faults ligger närmare kusten, så dessa tsunamis kommer att vara snabbare att träffa kustlinjen än en tsunami som genereras endast från en jordbävning i subduktionszonen.”
Subduktionszoner runt om i världen, områden där en tektonisk platta flyttar sig under en annan, skapar de största jordbävningarna – de över magnitud 8,0 – vilket utlöser tsunamier och förändrar ekosystemen i deras kölvatten.
DePaolis, tillsammans med Tina Dura, biträdande professor i naturkatastrofer, och kollegor från United States Geological Survey, fann bevis för att splay faults, de jordskorpeförkastningar som är kopplade till subduktionszonerna, kan förskjutas under jordbävningar i subduktionszonen och bidra till lokal kustförstörelse och ekologiska förändringar mer regelbundet än vad man tidigare insett.
En sådan förskjutning av splay-förkastningen under vattnet kan skapa en tsunami som kan nå de närmaste stränderna på 30 minuter eller mindre, säger DePaolis.
Studien publiceras i Journal of Geophysical Research: Solid Earth, och studien bör påverka medvetenheten om risker vid subduktionszoner runt om i världen. Splay-förkastningar finns vid subduktionszoner som gränsar till Ecuador, Cascadia, Chile och Japan, vilket tyder på att de kan bidra till tsunamirisker på dessa platser också.
När tektoniska plattor förskjuts i en subduktionszon sker det flera kilometer under havsytan. Eftersom splayförkastningar är kopplade till dessa zoner är det svårt att undersöka dem på grund av deras läge.
Lyckligtvis har sekundära, eller ytnivå, effekter av dessa skift geologiskt registrerats på Montague Island i Prince William Sound i Alaska, vilket gör den till den enda nuvarande landmassan som sitter ovanpå en splayförkastning för att uppvisa sådana effekter i sin jord.
Kiselalger, som är en typ av kiselhaltiga mikroalger som bevaras i sediment, förstorade genom ett mikroskop och hjälpte forskarna att fastställa salthalten i kärnproverna. Foto med tillstånd av Jessica DePaolis. Foto: Jessica DePaolis.
Vid jordbävningar i subduktionszoner kan den resulterande landhöjningen från den tektoniska plattan som rör sig under den, kallad upplyftning, vanligtvis vara så mycket som 1 till 3 meter. Detta gäller för de flesta platser på land som påverkades av jordbävningen 1964, som uppmätte 9,2 på Richterskalan. På Montague Island skapade dock sprickor en 11 meter hög landhöjning och påbörjade dräneringen av en kustlagun, vilket effektivt förändrade dess ekosystem från en marin lagun till en sötvattensmyr.
”Ön är liksom fast i mitten av dessa splay faults, så varje gång dessa splay faults brister registreras faktiskt upphöjningen”, säger DePaolis. ”Den har denna överdrivna upplyftning som inte är vanlig i jordbävningar som bara sker i subduktionszonen.”
DePaolis och hennes team undersökte effekterna av splay-förkastningarna på Montague Island. Genom att analysera 42 sedimentkärnor fann de stratigrafiska bevis för jordbävningen 1964 och en sekundär förskjutning orsakad av splay-förkastningen. De märkte att det fanns en tydlig sedimentär förändring från lagunslam före jordbävningen till rotad jord efter jordbävningen.
”Det finns definitivt öar som höjer sig i samband med jordbävningar i subduktionszonen, men de har inte nödvändigtvis förkastningar som går igenom dem och orsakar den överdrivna höjningen, så det är en helt unik plats”, säger Dura, som är fakultetsmedlem vid Global Change Center och Fralin Life Sciences Institute.
Forskare har trott att ett sekundärt skifte från splay-felterna var möjligt. Men den idén har bara varit teoretisk fram till nu eftersom detta är den första kända landmassan som registrerar de stratigrafiska bevisen.
Teamets medlemmar använde också kiselalger, en typ av kiselhaltiga mikroalger som bevarats i sedimenten och som är känsliga för förändringar i salthalten, för att rekonstruera de paleomiljöförändringar som inträffade efter jordbävningen 1964. De fann en tydlig övergång från en marin lagunmiljö med hög salthalt till en miljö utanför tidvattnets räckvidd, vilket tyder på en höjning av kusten.
Genom att jämföra resultaten från kärnproverna från jordbävningen 1964 med prover djupare ner i kuststratigrafin upptäckte forskargruppen sedimentära bevis och kiselalgsbevis för tre andra tillfällen då sprickan bröts. Dessa bevis korrelerade med fyra av de senaste åtta dokumenterade jordbävningarna i subduktionszonen i regionen.
”Det finns en enorm mängd förskjutningar på de här förkastningarna som kan skapa de där riktigt snabba, lokala, stora tsunamierna”, säger DePaolis. ”Så du har den lokala tsunamin som kommer in riktigt snabbt och precis bakom den kommer du att ha den tsunami som skapades av själva subduktionszonen. Helt plötsligt har du dessa massiva och destruktiva tsunamier som kommer snabbt efter varandra.”
More information: Journal of Geophysical Research: Solid Earth (2024).
