Nem várt oka lehet a földrengéseknek

A földrengések okai után általában a mélyben kutatunk. Ám japán kutatók most rámutattak arra, hogy az elmúlt évtized néhány földrengéssorozatát heves esőzések és hóesések okozhatták. Eddig senki nem gondolt arra, hogy a klíma bármi hatással lehetne a földrengésekre.

Évszázadok szeizmológiai kutatásai világossá tették, hogy a tektonikus lemezek ütközése és a felszín alatti törésvonalak elmozdulása az, ami elsődlegesen a földrengések hátterében áll. A Massachusetts Institute of Technology (MIT) tudósai azonban most arra jutottak, hogy 

egyes esetekben időjárási események is szerepet játszhatnak a rengések kipattanásában.

A heves hóesések és esőzések is jó eséllyel okozhatnak földrengéseket
Fotó: JIJI PRESS / AFP

A Science Advances folyóiratban megjelent közlemény rámutat arra, hogy a heves hóesések és esőzések is jó eséllyel hozzájárultak az utóbbi néhány év földrengéssorozatához Japán északi részén. A tanulmány elsőként veti fel annak lehetőségét, hogy olykor az időjárási viszonyok is szerepet játszhatnak a szeizmikus események kialakulásában.

„Azt látjuk, hogy a hóesés, illetve a felszínre nehezedő egyéb környezeti behatások befolyásolják a föld alatti mechanikai feszültségeket, és az intenzív csapadékhullási események időpontja jó korrelációt mutat ennek a rengéssorozatnak a kezdetével – magyarázza William Frank, a cikk szerzője és az MIT Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszékének (EAPS, Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences) tanársegédje. – Az időjárás egyértelmű hatással van a szilárd földkéreg reakcióira, és e reakciók közé tartoznak a földrengések is.”

A földrengések és a klímaváltozás

A tanulmány az észak-japán Noto-félsziget jelenleg is zajló rengéssorozatára összpontosít. A kutatócsoport felfedezte, hogy a terület szeizmikus aktivitása meglepő szinkront mutat a föld alatti nyomás bizonyos változásaival, és hogy ezeket a változásokat a hóesés és általában a csapadékhullás évszakos mintázata befolyásolja. A tudósok gyanítják, hogy a rengések és az időjárás közötti, újonnan feltárt kapcsolat nem korlátozódik Japánra, hanem a világ más szeizmikusan aktív tájain is fennáll. A jövőbe tekintve azt jósolják, hogy az időjárás földrengésekre gyakorolt hatása a globális felmelegedéssel párhuzamosan kifejezettebbé válhat.

„Ha egy erősen változó klíma felé tartunk, amelyben még extrémebb csapadékhullási eseményekre számíthatunk, és a globális vízkészlet átrendeződik majd a légkör, az óceánok és a kontinensek között, meg fog változni a földkéreg súlyterhelése is – tette hozzá Frank. – 

Ennek márpedig bizonyosan meglesz a hatása, és ezen az összefüggésen még van mit vizsgálnunk.”

2020 vége óta sok száz kisebb földrengés rázta meg a Noto-félszigetet. Ez a földnyelv az ország fő szigetének északi részéről hajlik észak felé a Japán-tengerbe. A rengések nem azt a szokásos mintázatot mutatják, amelyben egy nagy lökéshullámot számos kisebb utórengés követ, mielőtt elenyészne az aktivitás, hanem olyan rengéssorozatot alkotnak, amelyben folyamatosan ismétlődnek a földmozgások anélkül, hogy egy nyilvánvaló fő rengés kiemelkednék közülük.

2020 vége óta sok száz kisebb földrengés rázta meg a Noto-félszigetet
Fotó: TOSHIFUMI KITAMURA / AFP

Hogyan vizsgálták a földrengéseket?

Az MIT csapata japán kollégákkal együttműködve megpróbált valami mintázatot keresni, amely magyarázta volna az újra meg újra ismétlődő rengéseket. A tudósok a Japán Meteorológiai Szolgálat földrengés-nyilvántartásának áttekintésével kezdték, amely időrendbe szedve tartalmazza az egész ország szeizmikus aktivitásának adatait. Leginkább a Noto-félsziget utóbbi 11 évben rögzített rengései érdekelték őket, mert ebben az időszakban a területen jellemzőek voltak az epizodikusan ismétlődő rengések, beleértve a mostani sorozatot is.

A katalógusban szereplő szeizmikus adatok alapján a csoport összeszámolta és időben ábrázolta a régióban lezajlott szeizmikus eseményeket, és azt találták, hogy míg a 2020 előtti rengések sporadikusnak és egymástól függetlennek mutatkoztak, 2020 végétől a földmozgások intenzívebbé váltak és csoportosulni kezdtek. Ez a váltás jelezte a sorozat kezdetét, melyben a rengések valamiféle összefüggést mutattak.

A tudósok ezután egy másik adatsort vettek szemügyre: azt, amelyben a rengésfigyelő állomások szeizmikus méréseinek adatai szerepelnek ugyanarra a 11 éves periódusra nézve. Az állomások minden elmozdulást, helyi rengést érzékelnek és rögzítenek. Az, hogy egy rengés mennyi idő alatt érkezik meg egyik állomásról a másikra, információt szolgáltat a kutatóknak a szeizmikus hullámok terjedési sebességéről. Ez az ún. „szeizmikus sebesség” összefügg a földkéreg azon darabkájának szerkezetével, amelyen keresztül terjednek a hullámok. A cikk vezető szerzője és az MIT akkori munkatársa, Qing-Yu Wang – aki most már a grenoble-i Alpesi Egyetemen dolgozik – az állomások által végzett mérések segítségével kiszámította az egyes állomások közötti szeizmikus sebességet a Noto-félszigeten és környékén.

A tudósok előtt egy változó kép bontakozott ki a szeizmikus sebesség alakulása alapján, és 

arra a meglepő mintázatra lettek figyelmesek, hogy 2020-tól, tehát a Noto-félszigeti rengéssorozat kezdetétől a szeizmikus sebesség változásai láthatóan szinkronba kerültek az évszakokkal.

„Erre a szezonális változásra magyarázatot kellett találnunk” – kommentálta Frank.

A földrengések és a csapadék kapcsolata

A csoport annak próbált utánajárni, vajon melyek lehetnek azok a környezeti tényezők, amelyek évszakos váltakozást mutatnak, és oly módon befolyásolhatják a földkéreg belső szerkezetét, hogy földrengéssorozatot indíthatnak el. Leginkább azt vizsgálták, miként hat a csapadékmennyiség évszakos ingadozása az ún. „pórusfolyadék-nyomásra”. Ez a kéreg anyagának réseiben, repedéseiben megbújó folyadékoknak a környező kőzetre gyakorolt nyomása.

„Amikor esik vagy havazik, többletsúly nehezedik a kéregre, ami megnöveli a pórusfolyadék-nyomást. Ettől a szeizmikus hullámok lassabban terjednek a kőzeten keresztül – fejtette ki Frank. – Amikor ez a többletsúly a párolgás és az elszivárgás következtében eltávozik, a pórusnyomás egyszeriben lecsökken, és a szeizmikus hullámok felgyorsulnak.”

Wang és posztdoktor munkatársa, Xin Cui kidolgozták a Noto-félsziget hidromechanikai modelljét, amellyel az elmúlt 11 év pórusnyomásváltozásait szimulálták az évszakos csapadékmennyiség-ingadozás függvényében. A modellbe betáplálták a vizsgált időszak meteorológiai adatait, egyebek között a napi lehullott hó- és esőmennyiséget, valamint a tengerszint változásait. A szimuláció segítségével nyomon tudták követni a Noto-félsziget alatti kéreg pórusnyomás-változásait a rengéssorozat előtt és után. Ezt követően összevetették a pórusnyomás-változás időben változó mintázatát a szeizmikus sebesség időbeli alakulásával.

„A kezünkben voltak a szeizmikus sebességre vonatkozó megfigyelések és a többlet pórusnyomásra vonatkozó modellünk, és amikor a kettőt egymásra vetítettük, azt láttuk, hogy feltűnően jól egybevágnak” – erősítette meg Frank.

Ezen belül is az tűnt fel a leginkább, hogy amikor a hóesésre, különösen az extrém havazási epizódokra vonatkozó adatokat vették figyelembe, a modell és a megfigyelések közötti egyezés erősebb lett, mintha csak az esőt és más időjárási eseményeket figyelték volna. 

A Noto-félsziget lakossága által tapasztalt rengéssorozat tehát legalább részben az évszakos csapadékmintázattal, leginkább az erős havazásokkal magyarázható.

„Világosan kirajzolódik, hogy a földrengések időpontja több alkalommal is rendkívül jó egybeesést mutatott az intenzív havazásokkal – szögezte le Frank. – A havazások jól korreláltak a rengési aktivitással, és úgy véljük, hogy fizikai kapcsolat áll fenn közöttük.”

A Noto-félsziget lakossága által tapasztalt rengéssorozat legalább részben az évszakos csapadékmintázattal, leginkább az erős havazásokkal magyarázható.
Fotó: Koki Kataoka / Yomiuri / The Yomiuri Shimbun via AFP

A kutatók – bár előrebocsátják, hogy a földrengések elsődleges kiváltó okai továbbra is a föld alatt keresendők – úgy sejtik, hogy az erős havazások és hasonló extrém csapadékhullási események a világ más részein is szerepet játszhatnak a rengések kipattanásában. „Ha meg akarjuk érteni, hogyan működnek a földrengések, a lemeztektonikához kell fordulnunk, hiszen itt keresendők a rengések elsődleges okai, és ez így is marad – foglalta össze végül Frank. – De melyek azok az egyéb tényezők, amelyek beleszólnak, mikor és hol pattan ki egy földrengés? Ezt kutatva bukkanunk a másodlagos befolyásoló faktorokra, amelyek között az időjárás feltétlenül szerepel.”