زلزله ریج‌کرست آسیب‌های ماندگار را در لایهٔ عمیق پوستهٔ زمین به جا گذاشت
پوستهٔ کم‌عمق از زمان زلزلهٔ کالیفرنیا در سال ۲۰۱۹ بهبود یافته است، اما آسیب در عمق‌های بیش از ۱۰ کیلومتر پابرجاست.
همان‌گونه که فشارهای تکتونی در یک زلزله آزاد می‌شوند، سنگ‌ها دچال می‌خورند و پوستهٔ زمین آسیب می‌بیند؛ همانند زخمی بر پوست. همانند پوست، زخم‌های شبیه اسکار که پس از زلزله باقی می‌مانند می‌توانند بهبود یابند و ناحیهٔ تحت تأثیر می‌تواند به مرور زمان استحکام خود را بازگرداند. مطالعه‌ای که در نشریهٔ Science منتشر شد نشان می‌دهد که این نوع بهبود ممکن است تنها به لایه‌های بالایی پوسته محدود باشد. پوستهٔ عمیق برای بهبود زمان بسیار طولانی‌تری نیاز دارد — یا شاید هرگز بهبود نیابد.
تغییر پایدار در پوستهٔ عمیق
این یافته‌ها از آزمایشی که صرفاً برای تست یک روش جدید در نظر گرفته شده بود، به دست آمد.
جارد براین، ژئوفیزیک‌دان مؤسسهٔ فناوری ماساچوست (MIT) و اولین نویسندهٔ این پژوهش، در حال اصلاح روشی برای بررسی آسیب‌های موضعی پوستهٔ زمین بود که با اندازه‌گیری سرعت عبور موج‌های لرزه‌ای تولید شده توسط زلزله‌های دوردست از این لایه انجام می‌شود.
براین می‌خواست از این تکنیک برای مطالعهٔ آتشفشان‌ها استفاده کند، اما به‌عنوان یک آزمون، به توالی زلزلهٔ ریج‌کرست در کالیفرنیا در سال ۲۰۱۹ رجوع کرد — پیش‌لرزه‌ای با مقیاس ۶٫۴ که پس از آن زلزلهٔ اصلی با مقیاس ۷٫۱ رخ داد. او گفت: «چیزی که من را در ابتدا به کار بر روی ناحیهٔ لختگی ریج‌کرست سوق داد، این بود که به‌دنبال یک سیگنال واضح برای کالیبره‌کردن روش خود می‌گردم». به‌خوش‌بختی، این ناحیه داده‌های موج‌های لرزه‌ای در دسترس از ۳۴ ایستگاه لرزه‌ای دائم در فاصلهٔ ۷۴ مایل (۱۲۰ کیلومتر) از ناحیه لختگی داشت.
در بازهٔ زمانی ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۳، ۵٬۵۰۰ زلزله سیگنال‌های لرزه‌ای تولید کردند که از طریق پوستهٔ زمین عبور کرده و به‌صورت عمودی به ایستگاه‌های لرزه‌ای رسیدند؛ این امکان را برای تیم فراهم کرد تا سرعت موج‌های لرزه‌ای را پیش و پس از زلزلهٔ ریج‌کرست پیگیری کنند. آسیب زلزله‌ای باعث ایجاد ترک‌های در سنگ می‌شود که به‌طور قابل‌سنجش سرعت عبور موج‌های لرزه‌ای را کاهش می‌دهد. پس از آزمون، براین قصد داشت این تکنیک را برای مطالعهٔ آتشفشان‌ها به کار بگیرد؛ اما نتایج به‌قدری جالب بودند که نمی‌توانست آن‌ها را نادیده بگیرد.
مطالعات پیشین دربارهٔ آسیب زلزله‌ای محدود به پوستهٔ کم‌عمق بودند که معمولاً به‌عمق کمتر از ۶ مایل (۱۰ کیلومتر) می‌رسیدند یا نتایج را به‌صورت کلی در تمام عمق‌ها میانگین می‌گرفتند.
«هرگز نمی‌توانستید تشخیص دهید این تغییرات دقیقاً در چه عمقی رخ داده‌اند و این نکتهٔ حیاتی است»، رولاند بورگمان، ژئوفیزیک‌دان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، که در این مطالعه مشارکت نداشت، گفت.
اما تکنیکی که پژوهشگران در این مطالعهٔ جدید به‌کار بردند، تغییرات را به‌صورت یکنواخت در تمام ستون پوسته، از سطح زمین تا عمق ۱۵ مایل (۲۵ کیلومتر)، تشخیص می‌دهد. ویلیام فرانک، ژئوفیزیک‌دان MIT و نویسندهٔ مشترک مطالعه، گفت: «چیزی که بیش از همه برایمان هیجان‌انگیز بود، استفاده از این روش بود که به ما امکان می‌دهد تصویری از نحوهٔ تغییرات درون زمین فراهم کنیم، حتی در عمقی که معمولاً برای چنین کاری صرف‌نظر می‌کنیم».
با پیگیری موج‌های لرزه‌ای که از طریق پوسته در اطراف زلزلهٔ ریج‌کرست عبور می‌کردند، پژوهشگران مشاهده کردند که در پوسته بالایی، سرعت موج‌ها کاهش یافت و سپس در عرض چند ماه به حالت عادی بازگشت؛ این نشان می‌دهد که پوسته واقعاً آسیب دیده بود اما بهبود یافته است.
یافته‌ای که نشان می‌دهد پوستهٔ پایین‌دستی آسیب‌های کند، در حال تحول و پایدار را تجربه می‌کند، «کاملاً جدید و نوآورانه» است.
با این حال، داده‌های شکل‌موج‌های لرزه‌ای از عمق بیشتر، بین ۶ تا ۹ مایل (۱۰ تا ۱۵ کیلومتر)، نشان داد که آسیب به‌صورت آهسته‌تری انباشته می‌شود و در طول بازهٔ زمانی بیش از سه سال پس از زلزله بهبود نیافته است. براین گفت که داده‌های نشان‌دهندهٔ تغییرات شکل‌موج‌ها معمولاً ظریف هستند و نیاز به کمی‌سازی دقیق دارند، اما این موضوع در مورد داده‌های پوستهٔ عمیق صدق نکرد. او افزود: «من می‌توانستم این تغییر دائمی را به‌صورت بصری در زمان زلزله مشاهده کنم».
بورگمان گفت که این یافته که پوستهٔ پایین‌دستی آسیب‌های کند، در حال تحول و پایدار را تجربه می‌کند، «کاملاً جدید و نوآورانه» است.
نگاهی به فراتر از ریج‌کرست
علمیان دو سناریوی محتمل برای آسیب‌های پوستهٔ عمیق مطرح می‌کنند. یا ناحیهٔ آسیب‌دیده به مرور زمان، اگرچه طی دهه‌ها یا قرن‌ها، بهبود می‌یابد، یا این تغییرات دائمی خواهند ماند و ساختار ناحیهٔ لختگی با هر زلزله به‌تدریج تغییر خواهد کرد.
از آنجا که منطقهٔ ریج‌کرست به‌اندازهٔ نواحی لختگی بالغ، تعداد زلزله‌های کمتری را تجربه کرده است، ممکن است «ما در حال مشاهدهٔ بلوغ این نواحی لختگی به‌صورت زنده هستیم»، براین گفت.
تیم قصد دارد همان روش را بر نواحی لختگی بالغ‌تری مانند ناحیهٔ سان‌آندریاس که به‌خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است، در سمت غرب به‌کار گیرد. اگر داده‌ها نشان دهند که پوستهٔ عمیق ناحیهٔ لختگی بالغ پس از زلزله بهبود می‌یابد، آسیب ماندگار در ریج‌کرست می‌تواند نشانه‌ای از تکامل لختگی باشد.
پژوهش دربارهٔ بهبود در پوستهٔ عمیق «قیدهای مهمی بر نحوهٔ مدل‌سازی این تکامل وضع می‌کند و سپس بر پیش‌بینی‌های آینده ما دربارهٔ مکان و نحوهٔ وقوع زلزله‌ها تأثیر می‌گذارد»، فرانک افزود.
— اندرو چاپمن (@andrewchapman.bsky.social)، نویسندهٔ علمی