„Całkowita niespodzianka” – geolodzy odkryli nową historię pochodzenia śmiertelnego uskoku Seattle

Dowody magnetyczne sugerują, że niebezpieczna Strefa Szczeliny Seattle mogła powstać w wyniku podziału krawędzi kontynentu na pół ponad 50 milionów lat temu, co stanowi możliwe nowe wyjaśnienie powstawania szczeliny.

Strefa uskoków Seattle składa się z szeregu płytkich uskoków przecinających niziny Puget Sound, stwarzając ryzyko niszczycielskich trzęsień ziemi dla ponad czterech milionów ludzi w regionie. Niedawne badanie zapewnia nowe spojrzenie na początkowe powstawanie systemu uskoków, a jego celem jest lepsze przewidywanie i zrozumienie potencjalnych zagrożeń występujących w tym gęsto zaludnionym regionie. Badanie zostało opublikowane w Tektonikaczasopismo badawcze Uniwersytetu Zatoki Perskiej poświęcone ewolucji, strukturze i zmianom skorupy ziemskiej i górnego płaszcza Ziemi.

Usterka Seattle jest dziś aktywna z powodu sił wywieranych na region w wyniku ciągłych deformacji tektonicznych na zachodzie i południu, ale nie zawsze tak było. Waszyngton w eocenie wyglądał inaczej niż dzisiaj, z linią brzegową na wschód od dzisiejszego Seattle i łańcuchem wysp wulkanicznych rozsianych po horyzoncie.

Badania wskazują, że około 55 milionów lat temu ten łańcuch wysp został przesunięty w stronę kontynentu. Kiedy zderzył się z płytą północnoamerykańską, jej część uniosła się ponad skorupę, a reszta została wessana pod spodem. Pomiędzy tymi dwiema częściami skorupa znajdowała się pod dużym ciśnieniem i była rozdarta. Autorzy badania wysuwają hipotezę, że ta starożytna strefa łez wyznaczyła podłoże geologiczne dla współczesnego uskoku Seattle.

„To było całkowite zaskoczenie” – powiedziała Megan Anderson, geofizyk z Washington Geological Survey i główna autorka badania. „Początkowo tego nie szukaliśmy, ale nasze wyniki przewidują starożytny uskok tak duży, jak uskok Seattle, który istnieje dzisiaj”.

Nowoczesna strefa uskoków Seattle przebiega bezpośrednio przez gęsto zaludnioną nizinę Puget, w tym Seattle i jego obszar metropolitalny. Według nowych badań tektonicznych pięćdziesiąt milionów lat temu kontynent podzielił się w tym miejscu na dwie części, torując geologiczną drogę dla współczesnych szczelin. Źródło: Służba Geologiczna Waszyngtonu.

Ogromna tajemnica

Północno-zachodni Pacyfik leży w głębi lądu od strefy subdukcji Cascadia, gdzie gęsta skorupa oceaniczna jest wciągana pod kontynent. W 1700 r. strefa subdukcji o długości około 1000 km (620 mil) spowodowała potężne trzęsienie ziemi o sile 8,7 do 9,2; Mniejsze trzęsienia ziemi wstrząsały regionem przez cały XX wiek, ostatnio podczas trzęsienia ziemi w Nisqually w 2001 r. Wina Seattle Został zauważalnie rozerwany w latach 923-924 n.ew oparciu o ustne tradycje lokalnych rdzennych mieszkańców i dowody geologiczne wzdłuż wybrzeża Puget Sound.

Pomimo aktywności sejsmicznej na tym obszarze naukowcy zaczęli na poważnie badać strefę uskoków Seattle dopiero w latach 90. XX wieku.

„Istnieje znacznie większa niepewność co do uskoku Seattle niż, powiedzmy, uskoku San Andreas” – powiedział Anderson. „Uskok Seattle może spowodować trzęsienie ziemi o sile 7,2 w skali Richtera i chcemy być na to przygotowani. Jest jeszcze wiele do nauczenia się, aby geolodzy inżynierscy mogli przeprowadzać lepsze symulacje trzęsień ziemi i rozumieć potencjalne ryzyko dla naszych społeczności. „

Poprzednie prace mające na celu określenie geometrii uskoku Seattle na głębokości opierały się głównie na danych sejsmicznych, czyli falach dźwiękowych przenoszonych przez podziemne warstwy skał i odbijanych przez nie. Dane ujawniły uskoki i struktury geologiczne, które sejsmolodzy i geolodzy różnie interpretowali. Wiedzieli, że na tym obszarze znajduje się główna strefa uskoku, ale naukowcy zaproponowali różne sposoby połączenia części uskoku, określenia jego głębokości i stromości w skałach.

Anderson i jej współpracownicy postanowili przetestować aktualne hipotezy dotyczące geometrii strefy uskoków, mapując kilometrowe skały w zachodnim Waszyngtonie i tworząc pełniejszy obraz struktury geologicznej regionu. Grawitacja i pola magnetyczne różnią się na powierzchni Ziemi w zależności od gęstości i składu skał, dlatego Anderson zebrał te dane dla zachodniego Waszyngtonu i powiązał je z danymi sejsmicznymi. Naukowcy zebrali także próbki skał z formacji geologicznych odpowiadających różnym częściom starożytnego systemu uskoków i gór.

Dane magnetyczne zebrane z powietrza (kolory tła) dla zachodniego Waszyngtonu ujawniają, że uskoki (czarne linie) po obu stronach współczesnego uskoku Seattle są zorientowane w różnych kierunkach, co wskazuje na znaczną separację północ-południe. Autorzy nowego badania tektonicznego stawiają hipotezę, że w wyniku naprężenia może powstać masywne pęknięcie pomiędzy subdukowanym i subdukowanym (tonącym i narośniętym) materiałem. Źródło: Modyfikacja na podstawie Anderson et al./Tectonics

Naukowcy wykorzystali modele komputerowe, aby sprawdzić, która z hipotez pasuje do danych grawitacyjnych, magnetycznych i sejsmicznych. Dane grawitacyjne nie wykazały złożonego wzoru, ale dane magnetyczne ujawniły kluczowe, tajne dane sejsmiczne, które zostały utracone: głęboko w skorupie ziemskiej skała stale zmienia się pomiędzy mniej lub bardziej magnetycznymi, co wskazuje na nachylone warstwy skał o zmiennym typie. W widoku mapy obiekty po obu stronach narożnika strefy uskoków Seattle są daleko od siebie; Na północ od strefy uskoków Seattle konstrukcje są zorientowane w kierunku północno-północno-zachodnim, natomiast na południu są zorientowane w kierunku północno-północno-wschodnim.

Te dziwne trendy skłoniły Andersona do zatrzymania się; Wskazali na starożytne pasmo górskie, ale aby to zweryfikować, Anderson musiał porównać dane z mapy z głębszymi skałami. Aby skorelować widok mapy ze znaną, głębszą geologią podłoża, Anderson zaprojektował pionowy model podziemnych skał i odkrył, że niektóre z tych struktur zanurzają się również pod ziemią w różnych kierunkach.

„To są bardzo różne trendy” – stwierdził Anderson. „Jest to bardzo trudne, jeśli nie ma miejsca, w którym można rozebrać konstrukcje i złożyć je ponownie”.

Anderson znalazł możliwe nowe wyjaśnienie wczesnej historii strefy uskoków w Seattle i przyczyny jej reaktywacji dzisiaj.

Pęknięcie ciągłości skorupy ziemskiej

Dane sugerują, że około 55 milionów lat temu, kiedy strefa subdukcji ciągnęła w dół łańcuch wysp oceanicznych, północna połowa łańcucha wysp została subdukowana, ale południowa połowa została dodana do szczytu skorupy ziemskiej lub została zasłonięta . W ciągu kilku milionów lat, gdy wyspy były zasłonięte, zapadły się w pofałdowany i wsunięty pas górski o topografii podobnej do dzisiejszych gór Blue Ridge w Appalachach.

Obszar, na którym wyspy przeszły od zanurzenia do akrecji, zostałby poddany niesamowitemu ciśnieniu i rozerwany.

„Byłoby to powolne, ciągłe pękanie, prawie jak skorupa rozpadająca się na kawałki” – powiedział Anderson. „W miarę postępu uszkodzenia łzawienie stawało się coraz dłuższe.”

Ta „pęknięta” strefa całkowicie pokrywa się z nowoczesną strefą uskoków Seattle.

Poważne pęknięcie mogło ustać po zderzeniu wysp z kontynentem, ale szkody zostały wyrządzone. Strefa intensywnego pęknięcia utworzyła fragmentaryczną i słabą skorupę, tworząc podłoże geologiczne dla współczesnej strefy uskoku w Seattle.

Oprócz dostarczenia możliwego wyjaśnienia, dlaczego strefa uskokowa istnieje, wyniki badań nad starożytną geometrią uskoków i struktur geologicznych w Waszyngtonie dostarczają cennych szczegółów na temat podłoża skalnego pod i w Basenie Seattle. Basen ten jest wypełniony kilometrami luźnych skał osadowych, które zwiększają siłę wstrząsów sejsmicznych gruntu, a nowe dane mogą pomóc naukowcom w stworzeniu dokładniejszych modeli przyszłych wibracji gruntu w regionie.

Anderson jest podekscytowana możliwością wykorzystania swoich odkryć do badania aktywnych uskoków w zachodnim Waszyngtonie.

„Odkrycie tej ukrytej historii tektonicznej było świetną zabawą, a teraz zapewni doskonałą podstawę do powrotu do odpowiedzi na nasze pierwotne pytania dotyczące geometrii aktywnych uskoków uskoku Seattle i innych uskoków w zachodnim Waszyngtonie” – powiedział Anderson.

Odniesienie: „Głęboka struktura Silicetsia na nizinach Puget: obrazowanie zasłoniętego płaskowyżu i pasa akrecyjnego z polami potencjalnymi” M. L. Andersona, R. J. Blakely’ego, R. Wellsa i J. D. Dragovica, 6 lutego 2024 r., Tektonika.
doi: 10.1029/2022TC007720