Starożytne struktury magmowe mogą wpływać na współczesne trzęsienia ziemi



Głęboko pod japońskim półwyspem Noto naukowcy odkryli pozostałości starożytnej komory magmowej, która nadal kształtuje skorupę ziemską. Nie jest ona stopiona, nie jest aktywna i nie jest widoczna z powierzchni, ale była odpowiedzialna za jedno z najsilniejszych trzęsień ziemi, jakie nawiedziły Japonię od dziesięcioleci. Odkrycie to stanowi ostrzeżenie, że ślady wulkanicznej przeszłości naszej planety mogą nadal wpływać na niektóre z najbardziej niszczycielskich współczesnych katastrof. Trzęsienie ziemi miało miejsce 1 stycznia 2024 r. o godz. 16:10. Miało ono siłę 7,6 w skali Richtera i w ciągu kilku minut spowodowało zawalenie się dróg, budynków i zboczy. Całe dzielnice miasta Wajima zamieniły się w płonące ruiny. Linia brzegowa północnego półwyspu Noto podniosła się o ponad metr, tworząc nowe tarasy i rozciągające się na kilometry pola.

Początkowo naukowcy nie dostrzegli nic niezwykłego w samej strefie uskoku. Japonia jest jednym z najbardziej aktywnych sejsmicznie krajów na świecie, a wzdłuż jej stref subdukcji spodziewane są duże trzęsienia ziemi. Jednak Noto nie jest częścią tego systemu. Jest to odizolowany półwysep, położony z dala od aktywnych wulkanów i dużych linii uskoków. Przez lata region ten był uważany za stabilny.

Pogląd ten zmienił się, gdy naukowcy z Uniwersytetu Tohoku przeanalizowali dane sejsmiczne zebrane przed i po tym wydarzeniu. Ich praca, opublikowana w październiku 2025 r. w Science Advances, ujawniła coś ukrytego. Za pomocą gęstych układów czujników gruntowych i zaawansowanej trójwymiarowej tomografii sejsmicznej odkryli oni strefę o niezwykle wysokiej prędkości fal pod obszarem pęknięcia. Strefa ta miała około piętnastu kilometrów szerokości i rozciągała się na głębokości od pięciu do piętnastu kilometrów. Była twardsza i gęstsza niż otaczająca ją skorupa.

Zespół porównał ją ze znanymi formacjami magmowymi w okolicy i doszedł do wniosku, że jest to ciało ze zestalonego magmy, które powstało w okresie intensywnej aktywności wulkanicznej około piętnaście milionów lat temu, kiedy Morze Japońskie zaczęło się po raz pierwszy otwierać. Materiał ten nie był zwykłą skałą. Był krystaliczny, zwarty i prawie nieprzepuszczalny dla cieczy. Otaczająca skorupa ziemska była popękana i porowata, dzięki czemu woda i gazy mogły przepływać przez skały w górę. Jednak wewnątrz starożytnego ciała magmowego taki ruch był niemożliwy. Zastygły materiał skutecznie oddzielił dolną skorupę ziemską od górnych warstw. Przez wieki ta ukryta ściana działała jak pułapka naprężeń. Pozwalała ona na powolne narastanie naprężeń, aż w końcu krawędzie uległy.

W latach 2019–2023 region Noto doświadczył nasilenia się serii niewielkich trzęsień ziemi. Tysiące lekkich wstrząsów występowało w grupach, które unosiły się z głębokości 15 kilometrów do około 5 kilometrów. Schemat ten przypominał ruch cieczy, w którym ciśnienie wzrastało przez skorupę ziemską.

Jednak seria trzęsień ziemi zatrzymywała się zawsze na tej samej głębokości, gdzie znajdował się zestalony blok magmy. Naukowcy zorientowali się później, że blok magmy uniemożliwiał ucieczkę płynów. Z czasem uwięziony ciśnienie skoncentrowało się na sztywnych krawędziach intruzji. Pod koniec 2023 roku napięcie osiągnęło krytyczny próg. W Nowy Rok 2024 bariera uległa zniszczeniu. Kiedy krawędź starego ciała magmy pękła, nagromadzone napięcie wyładowało się w jednym katastrofalnym wydarzeniu. Uskok rozciągał się na ponad sto kilometrów skorupy ziemskiej, a pęknięcie szybko rozprzestrzeniło się na otaczające skały. Sztywna magma działała zarówno jako przeszkoda, jak i wzmacniacz. Skoncentrowała napięcie na swoich krawędziach i zmusiła energię do wybuchu na zewnątrz. Trzęsienie ziemi podniosło wybrzeże miejscami o kilka metrów, pozostawiając widoczne przesunięcia w krajobrazie.

Odkrycie to podważa dziesięciolecia założeń dotyczących powstawania trzęsień ziemi. Pokazuje ono, że sama struktura skorupy ziemskiej, ukształtowana przez dawną aktywność wulkaniczną, może kontrolować, kiedy i jak występują duże trzęsienia ziemi. Twarde, nieprzepuszczalne pozostałości dawnych komór magmowych nie są martwe. Nadal wpływają one na sposób, w jaki napięcie gromadzi się i uwalnia w regionach, które wydają się nieaktywne.

Zdarzenie w Noto rodzi również pytanie o znaczeniu globalnym. Jeśli piętnastomilionowa komora magmowa może wywołać współczesne trzęsienie ziemi w Japonii, to gdzie jeszcze może zachodzić ten sam proces?

W zachodniej części Ameryki Północnej znaczna część skorupy ziemskiej pod Kalifornią i Nevadą została ukształtowana dziesiątki milionów lat temu przez ten sam rodzaj aktywności magmowej. Batholith Sierra Nevada, ogromny obszar schłodzonej magmy rozciągający się wzdłuż stanu, leży pod aktywnymi systemami uskoków. Jest sztywny, suchy i gęsty, czyli ma te same właściwości, które opisano w badaniu Noto. Seria trzęsień ziemi w okolicy Mammoth Lakes i Long Valley pokazała, jak płyny przemieszczające się przez skorupę ziemską są przekierowywane przez stare ciała magmowe. W tych obszarach występują niewielkie trzęsienia ziemi, które wydają się zatrzymywać w głębi, co sugeruje, że nieprzepuszczalne warstwy mogą już wpływać na gromadzenie się naprężeń. Dalej na północ korzenie łańcucha kaskadowego zawierają podobne skamieniałe systemy magmowe. Chociaż większość wulkanów jest uśpiona, ukryte pod nimi intruzje pozostają mechanicznie stabilne. Badania prędkości sejsmicznej w Oregonie i Waszyngtonie wykazują istnienie twardych stref, które mogą działać jako bariery naprężeń, podobnie jak w Japonii. Formacje te nie wybuchają, ale mimo to kształtują otaczające je uskoki.

W południowej Europie włoskie Apeniny skrywają intruzje magmowe z miocenu i pliocenu. Pod miastami takimi jak L'Aquila głębokie, sztywne masy skalne są uwięzione pod skorupą kompresyjną. Niszczycielskie trzęsienie ziemi, które miało miejsce w tym regionie w 2009 roku, nastąpiło w pobliżu jednej z tych starych intruzji. Ten sam wzór można zaobserwować w Grecji i zachodniej Turcji. Skorupa Morza Egejskiego i Anatolii zawiera pozostałości starego wulkanizmu tylnołukowego, który obecnie jest zakopany, ale nadal można go rozpoznać pod względem mechanicznym. Jego krawędzie wyznaczają strefy skoncentrowanych naprężeń wzdłuż współczesnych uskoków.

W Azji Tajwan i północne Chiny leżą nad starymi systemami wulkanicznymi, które ostygły miliony lat temu. Badania tomograficzne wykazały istnienie stref o dużej prędkości pod obydwoma regionami. Stada trzęsień ziemi i umiarkowane wstrząsy często koncentrują się wokół tych struktur, gdzie naprężenia są uwięzione przez kontrast między miękkimi warstwami osadowymi a twardymi jądrami magmowymi znajdującymi się pod nimi.

Na Półwyspie Koreańskim skamieniałe ciała granitowe znajdują się pod obszarami, które wykazują ciągłą mikrosejsmiczność nawet bez ruchów tektonicznych na dużą skalę. Płaskowyż tybetański również wpisuje się w ten schemat. Pod jego powierzchnią znajduje się sieć intruzji miocenu, które powstały podczas zderzenia Indii i Azji. Te zestalone ciała magmowe są znane z rozpraszania naprężeń i przekierowywania ruchów uskoków. Jeśli jedna z nich ulegnie awarii, uwolniona energia może przemieszczać się setki kilometrów wzdłuż połączonych uskoków. Rezultatem jest seria skupionych trzęsień ziemi zamiast równomiernego pęknięcia, zachowanie podobne do tego odnotowanego w Noto.

Andy w Ameryce Południowej wykazują ten sam kontrast między miękką skorupą a sztywnymi intruzjami. Północna Chile, Boliwia i Argentyna zawierają zakopane ciała magmowe pozostałe po wcześniejszej aktywności wulkanicznej. Na ich krawędziach często tworzą się roje, a kilka z nich poprzedzało duże trzęsienia ziemi. W Patagonii, gdzie skorupa jest starsza i chłodniejsza, skamieniałe intruzje nadal oddziałują na naprężenia tektoniczne. Mogą one być przyczyną sporadycznych głębokich trzęsień ziemi w głębi lądu, mimo że teren ten powinien być stabilny. Afryka opowiada tę samą historię w skali kontynentalnej. Wschodnioafrykański rów tektoniczny jest otoczony wygasłymi wulkanami, z których każdy zawiera utwardzone jądro skał magmowych. Rejestracje sejsmiczne pokazują, że te sztywne strefy blokują migrację płynów i kierują roje wzdłuż swoich granic. W Etiopii i Kenii podczas wstrząsów często tworzą się okrągłe skupiska wokół takich formacji, co sugeruje, że ciśnienie narasta w miejscach, gdzie niegdyś magma wypływała na powierzchnię.

Nawet najstarsze tarcze kontynentalne nie są odporne. Prowincja Musgrave w Australii Zachodniej i strefy ścinania w Afryce Środkowej zawierają miliardy lat stare intruzje magmowe, które nadal kształtują rozkład naprężeń w skorupie ziemskiej.

Są to starożytne ślady procesów ryftowych, które rozbiły wczesne bloki kontynentalne. Na powierzchni są one nieaktywne, ale pod ziemią nadal wykazują wytrzymałość mechaniczną. W odpowiednich warunkach mogą one nadal skupiać naprężenia i wywoływać trzęsienia ziemi wewnątrz płyt tektonicznych. Podsumowując, regiony te ujawniają globalny wzorzec. Stare ciała magmowe są wszędzie i nie są obojętne. Nie wybuchają, ale mogą kształtować ruch naprężeń, płynów i energii. Cicho magazynują naprężenia i gwałtownie je uwalniają. Trzęsienie ziemi w Noto dowiodło, że wygasły system wulkaniczny może pozostawać aktywny w innej formie i wpływać na aktywność sejsmiczną miliony lat później.

Zrozumienie tego zmienia również sposób, w jaki naukowcy powinni oceniać ryzyko trzęsień ziemi. Tradycyjne modele koncentrują się na liniach uskoków, akumulacji naprężeń i współczesnych granicach płyt tektonicznych. Rzadko uwzględniają one ukrytą architekturę geologiczną starych systemów magmowych. Jednak struktury te mogą stanowić różnicę między powolną, nieszkodliwą deformacją a katastrofalnym pęknięciem. Zastygła magma pod Noto przez wieki działała jak bariera. Kiedy uległa, uwolniła całą zgromadzoną energię naraz.

Autorzy badania przypuszczają, że takie skamieniałe ciała magmowe są prawdopodobnie szeroko rozpowszechnione pod skorupą kontynentalną na całym świecie. Mogą one być jednym z najbardziej niedocenianych czynników w analizie zagrożeń sejsmicznych. Niebezpieczeństwo polega na ich niewidoczności. Nie pozostawiają one żadnych śladów na powierzchni, żadnych aktywnych oznak wulkanicznej aktywności ani wyraźnych ostrzeżeń. Ujawniają się dopiero wtedy, gdy skorupa wokół nich pęka. Półwysep Noto był uważany za bezpieczny. Słynął z łagodnych wzgórz, gorących źródeł i wiejskich wybrzeży. Jednak pod tym spokojnym krajobrazem znajdowała się zakopana pozostałość ognia, który w sensie mechanicznym nie ostygł. Jego siłę determinowała sztywność, a nie temperatura. Kiedy w końcu pękła, skutkiem była dewastacja.

Geofizycy coraz częściej zdają sobie sprawę, że skorupa ziemska nosi w sobie pamięć o swojej wulkanicznej przeszłości. Każda zastygła masa magmy, każda skamieniała intruzja pozostaje potencjalnym wyzwalaczem. Nie są one rzadkością. Stanowią część architektury planety.

W regionach takich jak Kalifornia, Morze Egejskie czy Andy znajdują się one bezpośrednio pod obszarami zamieszkanymi. W przeciwieństwie do wulkanów nie można ich monitorować pod kątem ruchów magmy lub wycieków gazu. Niebezpieczeństwo, jakie stanowią, tkwi w ciszy i czasie. Trzęsienie ziemi w Noto nie było tylko wydarzeniem geologicznym. Było dowodem na to, że najstarsze struktury planety nadal są aktywne w nieoczekiwany sposób. Pokazało, że dawno wygasła komora magmowa może pozostawać w stanie spoczynku przez miliony lat, by następnie stać się punktem zwrotnym współczesnej katastrofy.

Naukowcy stoją teraz przed nowym wyzwaniem:

Sporządzeniem mapy tych starych formacji na całym świecie i zrozumieniem ich związku z uskokami, płynami i naprężeniami. Do tego czasu wiele regionów śródlądowych uważanych za stabilne może w rzeczywistości znajdować się na ukrytych maszynach destrukcyjnych. Magma, która kiedyś ukształtowała góry i oceany, nadal ma siłę, by rozrywać ziemię.

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl