Геологи відкрили нову історію походження смертоносного розлому в Сіетлі

Магнітні дані вказують на те, що небезпечна зона розлому Сіетла могла виникнути внаслідок розколу краю континенту навпіл понад 50 мільйонів років тому, що пропонує потенційне нове пояснення утворення розлому.

Зона розломів Сіетла складається з серії неглибоких розломів, що перетинають низовину Пьюджет-Саунд, що створює ризик руйнівних землетрусів для понад чотирьох мільйонів жителів цього району. Недавнє дослідження пропонує новий погляд на початкове формування системи розломів, спрямоване на покращення прогнозування та розуміння потенційних небезпек для цієї густонаселеної території. Дослідження було опубліковано в Tectonics, журналі AGU для дослідження еволюції, структури та змін земної кори та верхньої мантії.

Розлом Сіетла активний сьогодні через сили, що діють на регіон від триваючих тектонічних деформацій як на заході, так і на півдні, але це було не завжди так. Вашингтон в еоцені виглядав інакше, ніж сьогодні, з береговою лінією значно на схід від того місця, де сьогодні розташований Сіетл, і ланцюжком вулканічних островів, що всіяли горизонт біля берега.

Дослідження показує, що приблизно 55 мільйонів років тому цей ланцюг островів був підтягнутий до континенту. Коли він зіткнувся з північноамериканською плитою, частина його піднялася вгору та над корою, а решта засмокталася під нею. Між цими двома частинами кірка була б сильно напружена та розірвана. Ця давня зона розриву заклала геологічну основу для сучасного розлому Сіетла, вважають автори дослідження.

«Це була повна несподіванка», — сказала Меган Андерсон, геофізик із Вашингтонської геологічної служби та провідний автор дослідження. «Спочатку ми не прагнули до цього, але наші результати передбачають великий стародавній розлом там, де сьогодні знаходиться розлом Сіетла».

Велика таємниця

Тихоокеанський північний захід лежить трохи всередині від зони субдукції Каскадії, де щільна океанічна кора затягується під континент. У 1700 році приблизно 1000-кілометровий (620-мильний) розрив зони субдукції створив потужний землетрус магнітудою від 8,7 до 9,2; менші землетруси сколихнули регіон протягом 1900-х років і, останнім часом, під час землетрусу Ніскуаллі 2001 року. На підставі усних переказів місцевих корінних народів і геологічних свідчень уздовж берегової лінії Пьюджет-Саунд розлом Сіетла стався помітно в 923-924 роках нашої ери .

Незважаючи на сейсмічну активність регіону, вчені не почали серйозно вивчати зону розлому Сіетла до 1990-х років.

«Щодо розлому Сіетла набагато більше невизначеності, ніж, наприклад, розлому Сан-Андреас», — сказав Андерсон. «Розлом у Сіетлі може спричинити щось на зразок землетрусу магнітудою 7,2, і ми хочемо бути до нього готовими. Потрібно ще багато чому навчитися, щоб інженерно-геологи могли краще моделювати землетруси та розуміти потенційні ризики для наших громад».

Попередня робота з визначення геометрії розлому Сіетла на глибині спиралася в основному на сейсмічні дані, які являли собою звукові хвилі, що проходять через підземні шари гірських порід і відбиваються ними. Дані виявили розломи та геологічні структури, які сейсмологи та геологи інтерпретували по-різному. Вони знали, що в цьому регіоні є велика зона розломів, але вчені запропонували різні способи з’єднання частин розлому, наскільки глибоко він простягається та наскільки круто прорізає скельну основу.

Андерсон і її співавтори вирішили перевірити існуючі гіпотези геометрії зони розломів, наносячи на карту глибину кілометрів корінні породи в західному Вашингтоні та створюючи більш повну картину геологічної структури регіону. Гравітаційне та магнітне поля змінюються на поверхні Землі залежно від щільності та складу гірських порід, тому Андерсон зібрав ці дані для західного Вашингтона та поєднав їх із сейсмічними даними. Дослідники також зібрали зразки гірських порід з геологічних утворень, які відповідають різним частинам стародавнього розлому та гірської системи.

Дослідники використовували комп’ютерні моделі, щоб побачити, яка з гіпотез збігається з гравітаційними, магнітними та сейсмічними даними. Гравітаційні дані не показали складної моделі, але магнітні дані показали ключову таємницю сейсмічних даних: глибоко в земній корі корінні породи постійно чергуються між більшою та меншою магнітністю, що свідчить про похилі шари змінного типу породи. А на карті об’єкти по обидві сторони зони розлому Сіетла розташовані під кутом один від одного; на північ від зони розломів Сіетла структури розташовані під кутом з півночі на північний захід, а на півдні вони орієнтовані на північ-північний схід.

Ці хиткі орієнтації змусили Андерсона задуматися; вони натякали на давній гірський хребет, але щоб перевірити це, Андерсону потрібно було зіставити дані карти з більш глибокими скелями. Щоб поєднати вигляд карти з відомою глибшою геологією корінних порід, Андерсон змоделював вертикальний профіль підземних порід і виявив, що деякі з цих структур також занурюються під землю в різних напрямках.

«Це всі дуже різні орієнтації», — сказав Андерсон. «Це дуже важко зробити, якщо немає місця, де структури від’єднуються одна від одної, а потім перезапускаються».

Андерсон натрапив на нове можливе пояснення ранньої історії зони розлому в Сіетлі та того, чому вона відновилася сьогодні.

Розрив континууму кори

Дані свідчать про те, що приблизно 55 мільйонів років тому, коли зона субдукції втягнула низку океанічних островів, північна половина ланцюга островів була субдукована, але південна половина була додана до верхньої частини земної кори або закрита. Протягом кількох мільйонів років, коли острови були захоплені, вони зім’ялися в складчастий і насунутий гірський пояс із рельєфом, подібним до сьогоднішніх гір Блакитного хребта в Аппалачах.

Зона, де острови перейшли від субдукції до акреції, зазнала неймовірної напруги й була розірвана на частини.

«Це був би такий повільний, безперервний розрив, майже як скоринка, яка сама розстібається», — сказав Андерсон. «По мірі того, як це прогресувало, розрив ставав довшим і довшим».

І ця «розірвана» область ідеально перекриває сучасну зону розломів Сіетла.

Інтенсивний розрив припинився б після того, як острови врізалися в континент, але шкоди було завдано. Зона інтенсивного розриву створила фрагментовану, ослаблену кору, заклавши геологічну основу для сучасної зони розломів Сіетла.

Окрім можливого пояснення того, чому існує зона розлому, результати дослідження щодо геометрії більш давніх розломів і геологічних структур Вашингтона дають цінні подробиці про корінні породи під і всередині басейну Сіетла. Цей басейн заповнений кілометрами більш пухких осадових порід, які посилюють сейсмічні коливання ґрунту, і нові дані можуть допомогти вченим створити більш точні моделі майбутніх коливань ґрунту в цьому районі.

Андерсон із задоволенням використає свої відкриття для вивчення активних розломів західного Вашингтона.

«Цю поховану тектонічну історію було так цікаво відкривати, і тепер вона стане чудовою основою для повернення до відповідей на наші початкові запитання про активну геометрію розломів для розлому Сіетла та інших розломів у західному Вашингтоні», — сказав Андерсон.