هنگامی که دانشمندان به دنبال علت وقوع زلزله می گردند، جستجوی آنها اغلب در زیر زمین آغاز می شود. همانطور که از قرن ها تحقیقات لرزه نگاری مشخص است، برخورد صفحات تکتونیکی و حرکت گسل ها و شکاف های زیرسطحی است که در درجه اول باعث ایجاد زلزله می شود.
اما دانشمندان MIT قبلاً کشف کرده اند که برخی از پدیده های آب و هوایی نیز می توانند در ایجاد برخی زمین لرزه ها نقش داشته باشند.
که در مطالعه ای که امروز ظاهر می شود که در پیشرفت علمیمحققان گزارش می‌دهند که دوره‌های بارش سنگین برف و باران احتمالاً به انبوهی از زمین‌لرزه‌ها در چند سال گذشته در شمال ژاپن کمک کرده است. این مطالعه اولین مطالعه ای است که نشان می دهد شرایط آب و هوایی می تواند باعث ایجاد برخی زمین لرزه ها شود.
ویلیام فرانک، نویسنده این مطالعه، استادیار دپارتمان زمین MIT می گوید: «ما می بینیم که بارش برف و سایر تنش های محیطی در سطح بر وضعیت تنش زیرزمینی تأثیر می گذارد و زمان بارش شدید با شروع این ازدحام زمین لرزه ارتباط خوبی دارد. ، علوم جوی و سیاره ای (EAPS). بنابراین آب و هوا به وضوح بر واکنش زمین جامد تأثیر دارد و بخشی از این واکنش زلزله است.
مطالعه جدید بر مجموعه ای از زمین لرزه های جاری در شبه جزیره نوتو ژاپن متمرکز است. این تیم دریافت که فعالیت لرزه ای در منطقه به طور شگفت انگیزی با تغییرات خاصی در فشار زیرزمینی هماهنگ است و این تغییرات تحت تأثیر الگوهای فصلی بارش برف و بارش است. دانشمندان گمان می کنند که این پیوند جدید بین زلزله و آب و هوا ممکن است منحصر به ژاپن نباشد و ممکن است در لرزش سایر نقاط جهان نقش داشته باشد.
با نگاهی به آینده، آنها پیش بینی می کنند که تأثیر آب و هوا بر زمین لرزه ها ممکن است با گرم شدن زمین بیشتر شود.
فرانک می افزاید: “اگر ما به سمت یک آب و هوای متغیر با بارش شدیدتر حرکت کنیم و انتظار توزیع مجدد آب در جو، اقیانوس ها و قاره ها را داشته باشیم، نحوه بارگیری پوسته زمین را تغییر خواهد داد.” مطمئناً تأثیر خواهد داشت و این رابطه ای است که می توانیم بیشتر بررسی کنیم.»
نویسنده اصلی این مطالعه، محقق سابق MIT، چینگ یو وانگ (اکنون در دانشگاه گرنوبل آلپس) است و همچنین شامل فوق دکترای EAPS شین کوی، یانگ لو از دانشگاه وین، تاکاشی هیروس از دانشگاه توهوکو، و کازوشیگه اوبارا از دانشگاه توکیو
سرعت لرزه ای
از اواخر سال 2020، صدها زمین لرزه کوچک شبه جزیره نوتو ژاپن را لرزاند، زمینی که از شمال جزیره اصلی این کشور به سمت دریای ژاپن منتهی می شود. برخلاف یک توالی زمین لرزه معمولی، که به عنوان یک شوک اصلی شروع می شود و جای خود را به مجموعه ای از پس لرزه ها قبل از خاموش شدن می دهد، فعالیت لرزه ای نوتو یک “ازدحام زلزله” است – الگویی از لرزش های متعدد و مداوم بدون شوک اصلی یا محرک لرزه ای آشکار.
هدف تیم MIT، همراه با همکارانش در ژاپن، یافتن هر گونه الگوی در ازدحام بود که می تواند زمین لرزه های پایدار را توضیح دهد. آنها با بررسی کاتالوگ زلزله آژانس هواشناسی ژاپن، که داده هایی را در مورد فعالیت لرزه ای در سراسر کشور در طول زمان ارائه می دهد، شروع کردند. آنها بر روی زمین لرزه های شبه جزیره نوتو در 11 سال گذشته تمرکز کردند که در طی آن منطقه فعالیت زلزله های اپیزودیکی از جمله جدیدترین ازدحام را تجربه کرده است.
با داده‌های لرزه‌ای از کاتالوگ، این تیم تعداد رویدادهای لرزه‌ای را که در طول زمان در منطقه رخ داده است شمارش کردند و دریافتند که زمان‌بندی زمین‌لرزه‌های قبل از سال ۲۰۲۰ در مقایسه با اواخر دهه ۲۰۲۰، زمانی که زلزله‌ها شدیدتر و خوشه‌ای شدند، پراکنده و نامرتبط به نظر می‌رسید. زمان، سیگنال شروع ازدحام، با زلزله هایی که به نوعی مرتبط هستند.
سپس دانشمندان مجموعه دومی از داده‌های اندازه‌گیری لرزه‌ای را که توسط ایستگاه‌های پایش در همان دوره ۱۱ ساله گرفته شده بود، بررسی کردند. هر ایستگاه به طور پیوسته هرگونه جابجایی یا لرزش محلی را که رخ می دهد ثبت می کند. لرزش از یک ایستگاه به ایستگاه دیگر می تواند به دانشمندان ایده ای درباره سرعت حرکت موج لرزه ای بین ایستگاه ها بدهد. این “سرعت لرزه ای” مربوط به ساختار زمین است که موج لرزه ای از آن عبور می کند. وانگ از اندازه گیری های ایستگاه برای محاسبه سرعت لرزه ای بین هر ایستگاه در داخل و اطراف نوتو در 11 سال گذشته استفاده کرد.
محققان تصویری در حال تکامل از سرعت لرزه ای در زیر شبه جزیره نوتو ایجاد کردند و الگوی شگفت انگیزی را مشاهده کردند: در سال 2020، زمانی که تصور می شود زمین لرزه شروع شده است، به نظر می رسد تغییرات در سرعت لرزه ای با فصول هماهنگ شده است.
فرانک می گوید: «پس باید توضیح می دادیم که چرا شاهد این تغییر فصلی بودیم.
فشار برف
این تیم به این فکر افتاد که آیا تغییرات در محیط از فصلی به فصل دیگر می‌تواند ساختار اصلی زمین را به گونه‌ای تحت تأثیر قرار دهد که باعث ایجاد انبوهی از زمین‌لرزه‌ها شود. به طور خاص، آنها به چگونگی تأثیر بارندگی فصلی بر “فشار سیال منفذی” زیرزمینی پرداختند – میزان فشاری که مایعات موجود در شکاف ها و شکاف های زمین بر سنگ بستر وارد می کنند.
فرانک توضیح می‌دهد: «هنگامی که باران یا برف می‌بارد، وزن اضافه می‌کند، که فشار منفذی را افزایش می‌دهد، که به امواج لرزه‌ای اجازه می‌دهد آهسته‌تر حرکت کنند. هنگامی که تمام آن وزن از طریق تبخیر یا رواناب حذف می شود، به طور ناگهانی فشار منفذی کاهش می یابد و امواج لرزه ای سریعتر می شوند.
وانگ و کوی یک مدل هیدرومکانیکی از شبه جزیره نوتو برای شبیه سازی فشار اصلی منفذ در 11 سال گذشته در پاسخ به تغییرات فصلی در بارندگی ایجاد کردند. آنها داده های آب و هوا را از همان دوره در مدل گنجانده اند، از جمله اندازه گیری روزانه برف، بارش و تغییرات سطح دریا. آنها از مدل خود توانستند تغییرات فشار بیش از حد منافذ زیر شبه جزیره نوتو را قبل و در طول زلزله ردیابی کنند. آنها سپس این جدول زمانی تغییر فشار پورن را با تصویر در حال تحول سرعت لرزه مقایسه کردند.
فرانک می‌گوید: «ما مشاهدات سرعت لرزه‌ای و مدل فشار منفذ اضافی را داشتیم، و زمانی که آنها را روی هم گذاشتیم، دیدیم که آنها بسیار خوب جا می‌شوند.
به طور خاص، آنها دریافتند که وقتی داده‌های مربوط به بارش برف و به‌ویژه بارش شدید برف را شامل می‌شوند، تناسب بین مدل و مشاهدات قوی‌تر از زمانی است که فقط بارش و سایر رویدادها در نظر گرفته شود. به عبارت دیگر، زلزله جاری که مردم نوتو تجربه می‌کنند را می‌توان تا حدی با بارش فصلی و به‌ویژه با بارش برف سنگین توضیح داد.
فرانک می‌گوید: «می‌توانیم ببینیم که زمان وقوع این زمین‌لرزه‌ها به‌خوبی با چندین بار که شاهد بارش برف شدید هستیم، همزمان است. «همبستگی خوبی با فعالیت زلزله دارد. و ما فکر می کنیم که یک ارتباط فیزیکی بین این دو وجود دارد.»
محققان گمان می‌کنند که بارش برف سنگین و بارش‌های شدید مشابه ممکن است در زمین‌لرزه‌های جاهای دیگر نقش داشته باشند، اگرچه تاکید می‌کنند که محرک اصلی همیشه از زمین می‌آید.
فرانک می‌گوید: «وقتی برای اولین بار می‌خواهیم بفهمیم زلزله‌ها چگونه کار می‌کنند، به تکتونیک صفحه‌ای نگاه می‌کنیم، زیرا این اولین دلیل وقوع زلزله است و همیشه خواهد بود. اما چیزهای دیگری که می تواند بر زمان و چگونگی وقوع زلزله تأثیر بگذارد چیست؟ این زمانی است که شما شروع به حرکت به سمت عوامل کنترل کننده درجه دوم می کنید و آب و هوا یکی از آنها است.
این تحقیق تا حدی توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی شد.