Ezredéves csúcson a feszültség a kaliforniai törésvonalaknál

A ScienceDaily beszámolója szerint Dél-Kalifornia az Egyesült Államok egyik legaktívabb és legszorosabban megfigyelt törésvonal-hálózatán fekszik. A földrengések általában ott keletkeznek, ahol a földkéreg szakaszai egymáshoz súrlódnak, elakadnak, és lassan felhalmozzák a feszültséget. Amikor ez a tárolt energia végül felszabadul, az földrengést eredményez. A régió két legfontosabb rendszere a San Andreas és a San Jacinto törésvonal, amelyek együttesen kezelik a térség tektonikai mozgásának nagy részét. Los Angelestől északkeletre a két rendszer közel kerül egymáshoz a Cajon Passnál, amely egy bonyolult geológiai csomópont, ahol az egyik törésvonal mentén haladó törés megfelelő körülmények között átterjedhet a másikra.

A földrengéskapu jelensége

Ez a lehetőség azért bír nagy jelentőséggel, mert a tágabb Los Angeles-i régióban az 1857-es, 7,9-es magnitúdójú Fort Tejon-földrengés óta nem történt hasonlóan jelentős esemény. Ebben a hosszú, csendes időszakban a tektonikai feszültség folyamatosan épült a törésvonal-rendszer egyes részein, ami régóta foglalkoztatja a szakembereket a jövőbeli nagy törések lefolyásával kapcsolatban. Dr. Liliane Burkhard, a Berni Egyetem Fizikai Intézetének Űrkutatási és Bolygótudományi Osztályának munkatársa vezetésével egy nemzetközi kutatócsoport vizsgálta a kockázatokat. A szakértők mintegy 1000 évnyi földrengés-aktivitást modelleztek a déli San Andreas és San Jacinto rendszerek mentén, hogy megbecsüljék a Cajon Pass környékén jelenleg koncentrálódó feszültség mértékét.

A kutatásban részt vettek a Hawaii Egyetem, az amerikai földtani intézet (USGS) pasadenai földrengéskutató központja, valamint a Scripps Oceanográfiai Intézet munkatársai is. Eredményeik azt sugallják, hogy a rendszer egyes részein a tektonikai feszültségek elérték, sőt bizonyos helyeken meg is haladták a modell 1000 éves történetében talált legmagasabb értékeket. A kutatók a Cajon Passt „földrengéskapuként” írják le: ez egy olyan törésvonal-csomópont, amely meghatározhatja, hogy egy nagy földrengés egyetlen törésvonalra korlátozódik-e, vagy mindkét rendszeren keresztül folytatódik. A tanulmány a Journal of Geophysical Research: Solid Earth című folyóiratban jelent meg.

Fizikai alapú modellezés

A feszültség évszázadokon át tartó változásának rekonstruálására a kutatók egy fizikai alapú, négydimenziós földrengési ciklusmodellt fejlesztettek ki. A gyakorlatban a modell a tér három dimenziójában szimulálja a folyamatokat, miközben nyomon követi a törésvonal-rendszer időbeli változásait. A csapat beépítette a múltbeli földrengések 1000 éves nyilvántartását, amelyet többféle bizonyítékból állítottak össze, beleértve a radiokarbonos kormeghatározást, a fák évgyűrűiben rögzített szokatlan mintázatokat és a felszíni töréseket leíró történelmi feljegyzéseket.

„A modell nyomon követi, hogyan változtatja meg az egyes földrengések a szomszédos törésvonalszakaszok feszültségét, hogyan halmozódik fel a feszültség az események közötti csendes időszakokban, és hogyan lazulnak fel lassan a kéreg mélyebb rétegei a nagy törések után” – magyarázza Dr. Liliane Burkhard. A szimuláció lehetővé teszi a szakemberek számára, hogy megértsék, hogyan épülnek fel a feszültségek évszázadok alatt. A modell szerint a régióban a feszültségek jelenleg az elmúlt 1000 év legmagasabb szintjén állnak.

A Cajon Pass szerepe

A tanulmány egyik központi megállapítása arra vonatkozik, mi történik, amikor egy törés eléri a Cajon Passt. A csomópont nem egyszerű akadályként viselkedik. A környező törésvonalak feszültségi állapotától függően vagy megállíthatja a törést, vagy lehetővé teheti annak továbbterjedését az egyik rendszerről a másikra. A múltbeli földrengések mindkét lehetőséget szemléltetik. Az 1857-es Fort Tejon-földrengés során a törés megállt a Cajon Passnál, és nem folytatódott a San Jacinto-törésvonalon. Ezzel szemben az 1812-es Wrightwood-földrengés áthaladt a csomóponton, és egyetlen eseményként mindkét rendszert megrepesztette.

„A földrengéskapu koncepciója fontos dolgot ragad meg arról, hogyan működnek a törésvonal-csomópontok” – teszi hozzá a kutató. A Cajon Pass nem egyszerűen blokkolja vagy csatornázza a földrengéseket, hanem reagál a feszültségi viszonyokra, amelyek évszázadok alatt változnak. A kutatók azt találták, hogy a két törésvonal feszültségi szintje közötti kapcsolat különösen fontos lehet. Ha mindkét törésvonal egyszerre válik erősen feszültté, a körülmények kedvezőbbé válhatnak ahhoz, hogy a törés átlépje a Cajon Passt és mindkét rendszeren végigfusson.

Kockázatok és infrastruktúra

A modell jelenleg 3,6 MPa (megapascal) feszültséget mutat a San Jacinto-Bernardino szakaszon, ami magasabb, mint bármely más érték az 1000 éves szimuláció során. A közeli Mojave South szakaszon a modellezett feszültség elérte a 2,8 MPa értéket. Ez azt jelenti, hogy mindkét szakasz szokatlanul magas és viszonylag hasonló feszültségi szintet hordoz. A kutatók szerint ez a konfiguráció hasonlít azokhoz a körülményekhez, amelyeket a modell a múltbeli, mindkét rendszert érintő törések előtt mutatott.

Egy ilyen közös törés sokkal nagyobb területet érinthetne, mint egyetlen törésvonalra korlátozódó földrengés. A környező régió az ország egyik legsűrűbben lakott és infrastruktúrától függő része, beleértve a nagy Los Angeles-i térséget, San Bernardinót, Riverside-ot és a Coachella-völgyet. Maga a Cajon Pass is jelentős közlekedési és infrastrukturális folyosó, ahol autópályák, vasútvonalak és energetikai hálózatok haladnak át, ami a csomópontot geológiai és katasztrófavédelmi szempontból is kritikussá teszi.

A kutatók hangsúlyozzák, hogy eredményeik nem értelmezhetők földrengés-előrejelzésként. Még akkor is, ha a törésvonalak erősen feszültek, a tudósok nem tudják meghatározni, pontosan mikor következik be a törés. A modell inkább segít feltárni, mely földrengési forgatókönyvek lehetnek fizikailag lehetségesek a rendszer jelenlegi állapota alapján. A kutatás célja a veszélyfelmérés, az infrastrukturális tervezés és a vészhelyzeti felkészültség támogatása, mivel a rendszer kritikus feszültségi állapotban van, és a fizikai alapú modellek tisztább képet adnak azokról a forgatókönyvekről, amelyekre fel kell készülni.