Οι μηχανικές ιδιότητες των τεκτονικών πλακών και η συχνότητα των μεγάλων σεισμών
Οι βασικές διεργασίες που διέπουν τον σεισμικό κύκλο στις ζώνες σύγκλισης των τεκτονικών πλακών, όπως αυτές που ελέγχουν τον ρυθμό επανάληψης και το μέγεθος των μεγασεισμών, εξακολουθούν να είναι ελάχιστα κατανοητές. Μία πρόσφατη έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Geoscience από μία ομάδα Γερμανών, Χιλιανών και Αμερικανών επιστημόνων -με επικεφαλής τον Dr. Marcos Moreno από το Γερμανικό Κέντρο Γεωπιστημών (GFZ)- δείχνει πως οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών (π.χ. η τριβή) που χαρακτηρίζουν τα διαφορετικά βάθη της διεπαφής των πλακών καθορίζουν το πού και το πόσο συχνά θα γίνονται οι μεγάλοι σεισμοί. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στην περιοχή που φιλοξένησε το 1960 τον μεγαλύτερο καταγεγραμμένο σεισμό στον κόσμο (μεγέθους 9.5 στην κλίμακα Ρίχτερ) στη Νότια Χιλή.
Οι σεισμοί του 1960 και του 2016. α) Ο σεισμός του 2016 έσπασε το νότιο τμήμα της ζώνης διάρρηξης του σεισμού του 1960. Οι γκρι καμπύλες υποδηλώνουν τη ζώνη διάρρηξης του σεισμού του 1960. Το κόκκινο αστέρι δείχνει το επίκεντρο του σεισμού του 2016, ενώ οι μπλε καμπύλες υποδηλώνουν την κατανομή της ολίσθησης του σεισμού του 2016. Τα χρώματα του υποβάθρου υποδηλώνουν το βαθμό του ‘κλειδώματος’ της διεπαφής των πλακών. β) Η κατανομή της ολίσθησης του σεισμού του 2016 που προέκυψε από μοντελοποίηση. Τα μπλε και πράσινα βέλη υποδηλώνουν, αντίστοιχα, οριζόντιες και κατακόρυφες μετατοπίσεις μετρημένες από GPS. Οι μηχανισμοί γένεσης των μετασεισμών παρουσιάζονται με κόκκινο.
Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες μελέτησαν και συνέκριναν δύο σεισμούς διαφορετικού μεγέθους που έσπασαν ακριβώς το ίδιο ρήγμα (το οποίο συμπίπτει με τη διεπαφή των τεκτονικών πλακών): τον μεγάλο σεισμό Μ9.5 του 1960 και τον πρώτο μεγάλο σεισμό έκτοτε, που ήταν ο σεισμός μεγέθους Μ7.6 του 2016. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης δείχνουν ότι σεισμοί τύπου-2016, δηλαδή σεισμοί μεσαίου μεγέθους (Μ<8), σπάνε τα πιο βαθιά τμήματα του ρήγματος, ενώ μεγασεισμοί τύπου-1960 σπάνε τα τμήματα του ρήγματος που βρίσκονται πιο κοντά στην επιφάνεια (προκαλώντας και πιο έντονα φαινόμενα τσουνάμι).
Για να εξετάσουν τη γενικευμένη ισχύ και την πιθανή ‘γενετική’ σχέση μεταξύ αυτών των δύο σεισμών, οι ερευνητές προσομοίωσαν τη συσσώρευση τάσεων πάνω σε ρήγμα (διεπαφή πλακών) το οποίο χαρακτηρίζεται από υλικά με ετερογενείς ιδιότητες (π.χ. διαφορετική τριβή). Βρήκαν ότι τα βαθύτερα τμήματα του ρήγματος είναι συνήθως μηχανικά πιο αδύναμα (δηλαδή γλυστράνε πολύ αργά) διότι βρίσκονται υπό φόρτιση από τα πιο επιφανειακά τμήματα του ρήγματος τα οποία είναι ‘κλειδωμένα’ (δηλαδή ακίνητα). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα βαθύτερα τμήματα να σπάνε συχνότερα (κάθε ~60 έτη), προκαλώντας σεισμούς μέτριου μεγέθους (6<Μ<8), σε σχέση με την θραύση των πιο επιφανειακών τμημάτων από μεγασεισμούς (Μ>8) που συμβαίνουν κάθε 100 ή και περισσότερα έτη. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η διαφορική τριβή που αναπτύσσεται στα διαφορετικά βάθη του ρήγματος και οι καθυστερήσεις στους χρόνους επανάληψης των σεισμών επιφανείας οφείλονται στις μεταβολές της πίεσης των ρευστών που υπάρχουν στους πόρους των πετρωμάτων. Η πολύπλευρη αυτή ανάλυση βελτιώνει την κατανόησή μας ως προς τις μηχανικές διεργασίες και το χρονισμό των μεγάλων σεισμών σε ζώνες σύγκλισης των πλακών, και ως εκ τούτου θα μπορούσε να φανεί χρήσιμη στην εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας σε άλλες ζώνες υποβύθισης ανά τον κόσμο.
Σχηματικό εννοιολογικό μοντέλο της διαφορικής τριβής, και συνεπώς διαφορικής φόρτισης, που αναπτύσσεται κατά μήκος της διεπαφής των πλακών στη ζώνη υποβύθισης της Χιλής. Τα πιο ισχυρά τμήματα της σεισμικής ζώνης βρίσκονται πιο κοντά στην επιφάνεια και ‘φορτίζουν’ τα βαθύτερα τμήματα. Το βαθύτερο ασθενέστερο τμήμα σπάει συχνότερα (αφού απαιτούνται μικρότερες τάσεις) με σεισμούς της τάξης του 2016 (Μ<8). Υψηλότερες διατμητικές τάσεις κατά μήκος του επιφανειακού τμήματος του ρήγματος επιτρέπουν μεγαλύτερες περιόδους (>100 έτη) συσσώρευσης τάσεων, η απελευθέρωση των οποίων μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα ισχυρότατους σεισμούς τύπου 1960 (Μ>8), οι οποίοι μπορούν επίσης να επεκταθούν και στο βαθύτερο τμήμα. Οι μετρήσεις GPS δείχνουν ισχυρή συμπίεση πάνω από το βαθύτερο τμήμα της σεισμογενούς ζώνης (δεξί ένθετο στην εικόνα). Οι τιμές της πίεσης των υγρών των πόρων κατά μήκος της διεπαφής των πλακών ελέγχουν την αντοχή της σεισμογενούς ζώνης καθώς και τον χρονισμό απελευθέρωσης της ενέργειας (αριστερό ένθετο).
