W XIX wieku we wnętrze kontynentu Ameryki Północnej nawiedziło jedne z najsilniejszych trzęsień ziemi w historii Stanów Zjednoczonych. Z nowego badania wynika, że prawie dwa wieki później środkowe i wschodnie Stany Zjednoczone mogą nadal odczuwać wstrząsy wtórne po tych wydarzeniach.
Kiedy nastąpi trzęsienie ziemi, mniejsze trzęsienia, zwane wstrząsami wtórnymi, mogą nadal wstrząsać obszarem przez kilka dni lub lat po pierwotnym trzęsieniu ziemi. Te mniejsze wstrząsy zmniejszają się z czasem i stanowią część procesu ponownej regulacji uskoku następującego po pierwotnym trzęsieniu. Chociaż wstrząsy wtórne mają mniejszą siłę niż wstrząs główny, nadal mogą uszkodzić infrastrukturę i utrudniać odbudowę po pierwotnym trzęsieniu ziemi.
„Niektórzy naukowcy przypuszczają, że współczesna sejsmiczność w częściach stabilnej Ameryki Północnej to wstrząsy wtórne, inni natomiast uważają, że jest to głównie sejsmiczność tła” – powiedział Yuxuan Chen, geolog z Uniwersytetu Wuhan i główny autor badania. „Chcieliśmy spojrzeć na to z innej perspektywy, stosując metodę statystyczną”.
Wyniki badania opublikowano w Journal of Geophysical Research: Solid Earth, czasopiśmie AGU poświęconym badaniom nad strukturą, ewolucją i deformacjami wnętrza naszej planety.
Regiony w pobliżu epicentrów tych historycznych trzęsień ziemi są nadal aktywne sejsmicznie, więc jest możliwe, że niektóre współczesne trzęsienia ziemi mogą być długotrwałymi wstrząsami wtórnymi po trzęsieniach z przeszłości. Mogą to jednak być również wstrząsy poprzedzające większe trzęsienia ziemi lub sejsmiczność tła, która jest normalną wielkością aktywności sejsmicznej w danym regionie.
Według US Geological Survey (USGS) nie ma możliwości odróżnienia wstrząsów wstępnych od sejsmiczności tła do czasu wystąpienia większego trzęsienia ziemi, ale naukowcy nadal potrafią rozpoznać wstrząsy wtórne. Zatem identyfikacja przyczyny współczesnych trzęsień ziemi jest ważna dla zrozumienia przyszłego ryzyka katastrofy w tych regionach, nawet jeśli obecna aktywność sejsmiczna powoduje niewielkie lub żadne szkody.
Zespół skupił się na trzech historycznych trzęsieniach ziemi, których siłę szacuje się na 6,5–8,0: trzęsieniu ziemi w pobliżu południowo-wschodniego Quebecu w Kanadzie w 1663 r.; trzy trzęsienia w pobliżu granicy Missouri-Kentucky od 1811 do 1812; oraz trzęsienie ziemi w Charleston w Południowej Karolinie w 1886 r. Te trzy zdarzenia to największe trzęsienia ziemi w najnowszej historii stabilnej Ameryki Północnej, a większe trzęsienia powodują więcej wstrząsów wtórnych.
Stabilne wnętrze kontynentalne Ameryki Północnej jest położone daleko od granic płyt i charakteryzuje się mniejszą aktywnością tektoniczną niż regiony w pobliżu granic płyt, takie jak zachodnie wybrzeże Ameryki Północnej. W rezultacie trzęsienia ziemi na trzech badanych obszarach nie są często spotykane, co rodzi jeszcze więcej pytań o pochodzenie ich współczesnej aktywności sejsmicznej.
Aby dowiedzieć się, czy niektóre z dzisiejszych trzęsień ziemi to wstrząsy wtórne o długotrwałym charakterze, zespół musiał najpierw określić, na których współczesnych trzęsieniach skoncentrować swoje wysiłki. Wstrząsy wtórne skupiają się wokół epicentrum pierwotnego trzęsienia ziemi, więc obejmowały trzęsienia ziemi w promieniu 250 kilometrów (155 mil) od historycznych epicentrów. Skoncentrowali się na trzęsieniach ziemi o magnitudzie większej lub równej 2,5, ponieważ trudno jest wiarygodnie zarejestrować trzęsienia ziemi o wielkości mniejszej niż ta.
Zespół zastosował podejście statystyczne zwane metodą najbliższego sąsiada do danych USGS dotyczących trzęsień ziemi, aby określić, czy niedawne trzęsienia ziemi były prawdopodobnie wstrząsami wtórnymi, czy też niepowiązaną aktywnością sejsmiczną w tle. Według USGS, wstrząsy wtórne występują w pobliżu epicentrum pierwotnego trzęsienia, zanim ponownie pojawi się poziom aktywności sejsmicznej tła. W ten sposób naukowcy mogą wykorzystać sejsmiczność tła regionu i lokalizację trzęsienia ziemi, aby powiązać trzęsienie z powrotem do głównego wstrząsu.
„Wykorzystuje się czas, odległość i wielkość par zdarzeń i próbuje znaleźć związek między dwoma zdarzeniami – taki jest pomysł” – powiedział Chen. „Jeśli odległość między parą trzęsień ziemi jest bliższa, niż oczekiwano na podstawie wydarzeń w tle, wówczas jedno trzęsienie ziemi jest prawdopodobnie wstrząsem wtórnym drugiego”.
Susan Hough, geofizyczka z USGS, która nie była zaangażowana w badania, wspomina, że odległość między epicentrami to tylko jeden element układanki.
„Pod pewnymi względami trzęsienia ziemi wyglądają jak wstrząsy wtórne, jeśli spojrzeć na rozkład przestrzenny, ale trzęsienia ziemi mogą być gęsto skupione z kilku powodów” – powiedział Hough. „Po pierwsze, są to wstrząsy wtórne, ale może też mieć miejsce proces pełzania, który nie jest częścią procesu wstrząsu wtórnego. To, co dokładnie oznaczają ich wyniki, jest nadal otwarte”.
Analizując rozmieszczenie przestrzenne, badanie wykazało, że sekwencja wstrząsów wtórnych z 1663 r. w pobliżu południowo-wschodniego Quebecu w Kanadzie dobiegła końca, a współczesna sejsmiczność na tym obszarze nie ma związku z dawnym trzęsieniem. Jednak pozostałe dwa wydarzenia historyczne mogą nadal wywoływać wstrząsy wtórne wieki później.
W pobliżu granicy Missouri i Kentucky naukowcy odkryli, że około 30% wszystkich trzęsień ziemi w latach 1980–2016 było prawdopodobnie wstrząsami wtórnymi po głównych trzęsieniach ziemi, które nawiedziły ten obszar w latach 1811–1812. Natomiast w Charleston w Południowej Karolinie zespół odkrył, że około 16% współczesnych trzęsień to prawdopodobnie wstrząsy wtórne po trzęsieniu ziemi z 1886 r. Zatem współczesną aktywność sejsmiczną w tych regionach można prawdopodobnie przypisać zarówno wstrząsom wtórnym, jak i sejsmiczności tła.
„To rodzaj mieszanki” – powiedział Chen.
Aby ocenić współczesne ryzyko sejsmiczne w regionie, naukowcy monitorują sejsmiczność pełzania i tła, a także wszelkie wstrząsy wtórne. Badanie wykazało, że sejsmiczność tła jest dominującą przyczyną trzęsień ziemi we wszystkich trzech badanych regionach, co może być oznaką ciągłego narastania odkształceń. Sekwencje wstrząsów wtórnych słabną z biegiem czasu, ale narastanie odkształceń może prowadzić do większych trzęsień ziemi w przyszłości. Jednakże niektóre usterki mogą pełzać bez powodowania naprężeń.
„Aby dokonać oceny zagrożeń na przyszłość, naprawdę musimy zrozumieć, co wydarzyło się 150 czy 200 lat temu” – powiedział Hough. „Ważne jest zatem zastosowanie nowoczesnych metod w rozwiązaniu tego problemu”.