Odkryto ogromny podmorski zbiornik wodny – może wyjaśnić tajemnicze trzęsienia ziemi w Nowej Zelandii

Duży zbiornik wodny odkryty pod dnem oceanu w pobliżu Nowej Zelandii może dostarczyć wglądu w mechanizmy powolnych trzęsień ziemi i aktywności tektonicznej.

Naukowcy odkryli odpowiednik wody morskiej uwięzionej w osadach i skałach na zaginionym płaskowyżu wulkanicznym, który obecnie znajduje się głęboko w skorupie ziemskiej. Obraz sejsmiczny 3D ujawnił, że woda leży dwie mile pod dnem oceanu u wybrzeży Nowej Zelandii, gdzie prawdopodobnie złagodzi poważny uskok trzęsienia ziemi na Wyspie Północnej kraju.

Powolne trzęsienia ziemi i woda

Wiadomo, że uskoki powodują powolne trzęsienia ziemi, zwane zjawiskami powolnego poślizgu. Mogą one nieszkodliwie uwolnić stłumione ciśnienie tektoniczne w ciągu dni i tygodni. Naukowcy chcą wiedzieć, dlaczego w niektórych defektach występują one częściej niż w innych.

Uważa się, że wiele trzęsień ziemi o powolnym poślizgu ma związek z zakopaną wodą. Jednak jak dotąd nie ma bezpośrednich dowodów geologicznych sugerujących istnienie tak dużego zbiornika wodnego w tej konkretnej szczelinie nowozelandzkiej.

Płaskowyż Hikurangi to pozostałość po serii epickich erupcji wulkanów, które rozpoczęły się 125 milionów lat temu na Oceanie Spokojnym. Niedawne badania sejsmiczne (czerwony prostokąt) przeprowadzone przez Instytut Geofizyki Uniwersytetu Teksańskiego pokazały, że płaskowyż opada do strefy subdukcji Hikurangi w Nowej Zelandii (czerwona linia). Źródło: Andrew Gas

„Nie możemy jeszcze zajrzeć na tyle głęboko, aby dokładnie wiedzieć, jaki wpływ ma uskok, ale widzimy, że ilość przepływającej tutaj wody jest znacznie większa niż zwykle” – powiedział główny autor Andrew Ghez, który przeprowadził badanie. Pracuje jako stażysta podoktorski w Instytucie Geofizyki Uniwersytetu Teksasu (UTIG).

Wyniki badań opublikowano niedawno w czasopiśmie Postęp nauki Opiera się na wyprawach sejsmicznych i naukowych odwiertach oceanicznych prowadzonych przez badaczy z UTIG.

Szukaj głębszego zrozumienia

Gase, obecnie stażysta podoktorski na Western Washington University, wzywa do głębszych odwiertów, aby dowiedzieć się, gdzie trafia woda, aby badacze mogli określić, czy wpływa ona na ciśnienie wokół uskoku – to ważna informacja, która może pomóc w dokładniejszym zrozumieniu. Powiedział o dużych trzęsieniach ziemi.

Aktywa zbiorników wodnych

Miejsce, w którym naukowcy odkryli wodę, jest częścią rozległej prowincji wulkanicznej powstałej, gdy 125 milionów lat temu chmura lawy wielkości Stanów Zjednoczonych przedarła się przez powierzchnię Ziemi na Oceanie Spokojnym. Wydarzenie to było jedną z największych znanych erupcji wulkanów na Ziemi i trwało kilka milionów lat.

Gaz wykorzystał skany sejsmiczne do stworzenia trójwymiarowego obrazu starożytnego płaskowyżu wulkanicznego, na którym zobaczył grube, warstwowe osady otaczające zakopane wulkany. Jego współpracownicy z UTIG przeprowadzili eksperymenty laboratoryjne na próbkach skał wulkanicznych i odkryli, że prawie połowę ich objętości stanowi woda.

Zdjęcie sejsmiczne płaskowyżu Hikurangi ujawnia szczegóły dotyczące wnętrza Ziemi i jego składu. Niebiesko-zielona warstwa poniżej żółtej linii przedstawia wodę zakopaną w skałach. Naukowcy z Instytutu Geofizyki Uniwersytetu Teksasu uważają, że woda może tłumić trzęsienia ziemi w pobliskiej strefie subdukcji Hikurangi. Źródło: Andrew Gas

„Normalna skorupa oceaniczna w wieku około 7–10 milionów lat powinna zawierać znacznie mniej wody” – powiedział. Skorupa oceaniczna, co wykazały badania sejsmiczne, była 10 razy starsza, ale pozostała znacznie bardziej wilgotna.

Gaz spekuluje, że płytkie morza, w których doszło do erupcji, spowodowały erozję niektórych wulkanów w porowate, spękane skały, które podczas zakopywania magazynują wodę niczym warstwa wodonośna. Z biegiem czasu skały i ich fragmenty zamieniły się w błoto, zatrzymując więcej wody.

Implikacje dla zrozumienia trzęsień ziemi

To odkrycie jest ważne, ponieważ naukowcy uważają, że ciśnienie wód gruntowych może być kluczowym elementem w tworzeniu warunków uwalniających naprężenia tektoniczne w wyniku trzęsień ziemi o powolnym poślizgu. Zwykle ma to miejsce, gdy bogate w wodę osady zostaną zakopane wraz z uskokiem, zatrzymując wodę pod ziemią. Jednak szczelina nowozelandzka zawiera niewiele takich typowych osadów oceanicznych. Zamiast tego badacze uważają, że starożytne wulkany i skały metamorficzne – obecnie gliny – niosły ze sobą duże ilości wody, gdy połknęła je szczelina.

Dyrektor UTIG Demian Saffer, współautor badania i współkierownik naukowej misji wiertniczej, powiedział, że wyniki sugerują, że inne uskoki związane z trzęsieniem ziemi na całym świecie mogą znajdować się w podobnej sytuacji.

„To naprawdę wyraźny przykład związku między płynami a sposobem przemieszczania się uskoku tektonicznego – w tym zachowaniem podczas trzęsień ziemi” – powiedział. „To coś, co postawiliśmy hipotezę na podstawie eksperymentów laboratoryjnych i przewidzieliśmy na podstawie niektórych symulacji komputerowych, ale istnieje bardzo niewiele eksperymentów terenowych, które pozwalałyby sprawdzić to w skali płyt tektonicznych”.

Odniesienie: „Zalanie bogatej w wulkany górnej skorupy zapewnia płyny dla płytkiego ciągu i powolnego poślizgu” – Andrew C. Gaz, Nathan L. Bangs, Demian M. Safar, Shushu Han, Peter K. Millera, Rebeki E. BellRyota AraiStuart A. Henrys, Shuichi Kodaira, Richard Davey, Laura Fram i Daniel H.N. Parker, 16 sierpnia 2023 r., Postęp nauki.
doi: 10.1126/sciadv.adh0150

Badania zostały sfinansowane przez amerykańską National Science Foundation oraz agencje naukowo-badawcze z Nowej Zelandii, Japonii i Wielkiej Brytanii.