Τα σεισμικά κύματα από τον σεισμό των 9,0 ρίχτερ του 2011 στην Ιαπωνία ταξίδεψαν σχεδόν 2.900 χιλιόμετρα μέχρι τα πυρηνικά σύνορα της Γης και αντανακλήθηκαν μετά από περίπου 13 λεπτά, μετακινώντας ολόκληρη τη χώρα έξι χιλιοστά προς τα ανατολικά, σύμφωνα με το περιοδικό Science. Η κίνηση ήταν πολύ μικρή για να γίνει αντιληπτή, αλλά το εξαιρετικά ευαίσθητο δίκτυο GPS της Ιαπωνίας εντόπισε την κίνηση σχεδόν ταυτόχρονα σε ολόκληρη τη χώρα. Για 15 χρόνια, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να εξηγήσουν αυτό το ασυνήθιστο σήμα, επειδή δεν ταίριαζε με τον κύριο σεισμό, κανένα σεισμό ή άλλο γνωστό γεωλογικό γεγονός. Μια νέα μελέτη εντοπίζει την αιτία της επιστροφής των σεισμικών κυμάτων και σηματοδοτεί την πρώτη τεκμηριωμένη παρατήρηση ενός τέτοιου φαινομένου.
Το κύμα ταξίδεψε σχεδόν 2.900 χιλιόμετρα από την επιφάνεια της Γης
Επικεφαλής της μελέτης ήταν ο Sunyoung Park, αναπληρωτής καθηγητής γεωφυσικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, μαζί με τον Hiro Kanamori του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και τον Luis Rivera του Πανεπιστημίου του Στρασβούργου.Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το ανεξήγητο σήμα GPS προκλήθηκε από κύματα ScS, τα οποία είναι σεισμικά διατμητικά κύματα που παράγονται κατά τη διάρκεια ισχυρών σεισμών. Σε αντίθεση με τα επιφανειακά κύματα, τα οποία είναι υπεύθυνα για τις περισσότερες ανθρώπινες δονήσεις, τα κύματα ScS ταξιδεύουν βαθιά στον συμπαγή μανδύα της Γης. Μετά τον σεισμό Tohoku-Oki του 2011, ένα τέτοιο κύμα χώρισε τον βραχώδη μανδύα της Γης από τον υγρό πυρήνα του και ταξίδεψε σχεδόν 2.890 km κάτω μέχρι να φτάσει στο όριο πυρήνα-μανδύα.Δεδομένου ότι τα μεταβατικά κύματα δεν μπορούν να ταξιδέψουν μέσα από το υγρό, το κύμα ScS δεν μπορεί να συνεχίσει το ταξίδι του όταν φτάσει στον λιωμένο σίδηρο και το νικέλιο του εξωτερικού πυρήνα. Αντίθετα, αναπήδησε από το όριο του μανδύα του πυρήνα και επέστρεψε στην επιφάνεια ως ηχώ που αναπηδούσε από τον τοίχο. Ο πλήρης περίπλους ταξίδεψε σχεδόν 5.800 km, καθιστώντας το ένα από τα βαθύτερα σεισμικά ταξίδια με μετρήσιμα αποτελέσματα στην επιφάνεια της Γης.Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο εξαιρετικά ισχυρός σεισμός Tohoku-Oki δημιούργησε ασυνήθιστα ισχυρά κύματα ScS, απελευθερώνοντας αρκετή ενέργεια για να ταξιδέψει πολύ στο εσωτερικό της Γης. Πίσω στην Ιαπωνία, τα κύματα ήταν ακόμα αρκετά δυνατά για να επηρεάσουν το ρήγμα, το οποίο είχε ήδη ωθηθεί στο σημείο θραύσης του από τον κύριο σεισμό.
Γιατί το κύμα επέστρεψε μετά από 13 λεπτά
Οι επιστήμονες έχουν αντιστοιχίσει ανεξήγητα σήματα GPS που καταγράφηκαν σε όλη την Ιαπωνία και υπολόγισαν ότι το ταξίδι στο όριο του πυρηνικού μανδύα και πίσω θα διαρκέσει περίπου 13 λεπτά.Όταν έφτασε το ανακλώμενο κύμα, χτύπησε σχεδόν ταυτόχρονα τα περισσότερα μέρη της χώρας. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι προκάλεσε μικρές ολισθήσεις κατά μήκος των ορίων τεκτονικών πλακών που καταπονήθηκαν πολύ από τον κύριο σεισμό. Αυτές οι μικρές κινήσεις μετακίνησαν την Ιαπωνία μόνιμα προς τα ανατολικά κατά πέντε έως έξι χιλιοστά.Η μετατόπιση ήταν σχεδόν αδύνατο να μετρηθεί, αλλά η συνδυασμένη ολίσθηση του ρήγματος εκτιμάται ότι απελευθέρωσε ενέργεια ισοδύναμη με σεισμό 7,5 Ρίχτερ.
Γιατί αυτό δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ πριν;
Οι σεισμολόγοι έχουν μελετήσει τα κύματα ScS για δεκαετίες και τα χρησιμοποιούν τακτικά για να μελετήσουν τα βάθη της Γης. Αυτό που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ είναι ότι επέστρεψε με αρκετή ενέργεια ώστε να αφήσει ένα μόνιμο αποτύπωμα στην επιφάνεια της Γης.Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο σεισμός Tohoku-Oki ήταν μοναδικός λόγω της τεράστιας ισχύος του. Τα ανακλώμενα κύματα ScS που καταγράφηκαν σε όλη την Ιαπωνία είχαν πλάτη κορυφής σε κορυφή άνω του ενός εκατοστού, πολύ ισχυρότερα από αυτά που παράγονται από τους περισσότερους σεισμούς. Προφανώς, αυτή η εξαιρετική ενέργεια, σε συνδυασμό με την ήδη καταπονημένη ζημιά, ήταν αρκετή για να ξεκινήσει πρόσθετη κίνηση του εδάφους.
Ένα σήμα GPS που προβληματίζει τους επιστήμονες εδώ και 15 χρόνια
Η Ιαπωνία διαθέτει το πιο πυκνό δίκτυο παρακολούθησης GPS στον κόσμο, με περισσότερους από 1.300 μόνιμους σταθμούς ικανούς να ανιχνεύουν ακόμη και τις πιο μικρές κινήσεις στο έδαφος.Περίπου 15 λεπτά μετά τον σεισμό, τα όργανα σημείωσαν σχεδόν ταυτόχρονη μετατόπιση προς τα ανατολικά σε όλη τη χώρα. Το μοντέλο δεν ταίριαζε με το κύριο ρήγμα, τους γνωστούς μετασεισμούς ή τις υποθαλάσσιες κατολισθήσεις, έτσι οι επιστήμονες δεν κατέληξαν σε μια πειστική εξήγηση για περισσότερο από μια δεκαετία.Η νέα ανάλυση τελικά συνδέει αυτή τη μακροχρόνια ανωμαλία με ένα κύμα ScS που επιστρέφει.
Πώς οι ερευνητές απέκλεισαν άλλες πιθανότητες
Πριν καταλήξει στο συμπέρασμά της, η ομάδα αξιολόγησε αρκετές αμφιλεγόμενες ερμηνείες.Εάν το κύριο σφάλμα απελευθέρωνε ενέργεια, θα έπρεπε να ήταν ισχυρό κοντά στο επίκεντρο αντί να εμφανίζεται σχεδόν ομοιόμορφα σε όλη την Ιαπωνία. Ομοίως, οι μη καταγεγραμμένοι σεισμοί και οι υποβρύχιες κατολισθήσεις δεν μπορούν να εξηγήσουν τόσο τη χρονική στιγμή όσο και τα εθνικά πρότυπα που παρατηρούνται από το δίκτυο GPS.Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα ανακλώμενα κύματα ScS είναι ο μόνος μηχανισμός που είναι υπεύθυνος για όλες τις παρατηρήσεις.
Συνέπειες της ανακάλυψης για τη σεισμική επιστήμη
Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι οι επιπτώσεις των μεγαλύτερων σεισμών στον κόσμο μπορεί να επεκταθούν πολύ βαθύτερα και μακρύτερα από ό,τι είχε προηγουμένως κατανοηθεί.Μέχρι τώρα, οι σεισμικοί κίνδυνοι είχαν συσχετιστεί με μεγάλα ρήγματα, σεισμούς και τσουνάμι. Η μελέτη προτείνει ότι τα σεισμικά κύματα που ταξιδεύουν χιλιάδες χιλιόμετρα μέσα από το εσωτερικό της Γης μπορεί να είναι σε θέση να πυροδοτήσουν πρόσθετη κίνηση ρήγματος μετά την ανάκλαση εκτός ορίων στον εξωτερικό πυρήνα.Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να επανεξετάσουν δεδομένα από άλλους γιγάντιους σεισμούς, συμπεριλαμβανομένου του σεισμού Σουμάτρα-Ανταμάν του 2004, του σεισμού στη Βαλδίβια του 1960 στη Χιλή, του σεισμού της Αλάσκας του 1964 και του σεισμού Maule του 2010, για να δουν αν ο ίδιος μηχανισμός συνέβη αλλού.
Τι αποκαλύπτει η ανακάλυψη για το κρυμμένο εσωτερικό της Γης;
Η μελέτη υπογραμμίζει πώς οι επιστήμονες εξερευνούν μέρη του πλανήτη που δεν είναι προσβάσιμα με φυσικά μέσα. Η βαθύτερη τρύπα που έχει διανοιχτεί ποτέ, η βαθιά γεώτρηση Kola στη Ρωσία, έφτασε μόνο τα 12 km, ενώ ο μανδύας της Γης εκτείνεται για περίπου 2.890 km πριν συναντήσει τον υγρό πυρήνα.Επειδή οι άνθρωποι δεν μπορούν να διερευνήσουν απευθείας αυτά τα βάθη, οι ερευνητές βασίζονται σε σεισμικά κύματα που δημιουργούνται από ισχυρούς σεισμούς για να κατανοήσουν την εσωτερική δομή του πλανήτη. Δείχνοντας ότι ο σεισμός Tohoku-Oki μπορεί να ταξιδέψει μέχρι την άκρη του πυρήνα της Γης και να επιστρέψει στην επιφάνεια με μετρήσιμα αποτελέσματα, ο σεισμός Tohoku-Oki έχει προσφέρει άνευ προηγουμένου σαφήνεια στη δυναμική σύνδεση μεταξύ του βαθύ εσωτερικού της Γης και του φλοιού της.