اكتشاف خزان مياه ضخم تحت سطح البحر – يمكن أن يفسر الزلازل الغامضة في نيوزيلندا

أداة تصوير زلزالي تسير خلف سفينة أبحاث أثناء مسح منطقة الاندساس هيكورانجي في نيوزيلندا. وتوصل المسح الذي أجراه معهد الجيوفيزياء بجامعة تكساس إلى وجود خزان مياه ضخم وقديم مدفون على بعد أميال تحت قاع البحر. الائتمان: معهد الجيوفيزياء بجامعة تكساس / أدريان أرنولف

قد يقدم خزان مياه كبير تم اكتشافه تحت قاع المحيط بالقرب من نيوزيلندا نظرة ثاقبة حول آليات الزلازل البطيئة الانزلاق والنشاط التكتوني.

اكتشف الباحثون ما يعادل كمية مياه البحر المحبوسة داخل الرواسب والصخور في هضبة بركانية مفقودة أصبحت الآن عميقة في القشرة الأرضية. وكشفت صورة زلزالية ثلاثية الأبعاد، أن المياه تقع على بعد ميلين تحت قاع المحيط قبالة ساحل نيوزيلندا، حيث من المحتمل أن تخفف من صدع زلزال كبير يواجه الجزيرة الشمالية في البلاد.

الزلازل البطيئة والمياه

ومن المعروف أن الصدع ينتج عنه زلازل بطيئة الحركة، تسمى أحداث الانزلاق البطيء. يمكن لهذه أن تطلق الضغط التكتوني المكبوت دون ضرر على مدى أيام وأسابيع. يريد العلماء أن يعرفوا سبب حدوثها في كثير من الأحيان في بعض العيوب أكثر من غيرها.

يُعتقد أن العديد من الزلازل البطيئة الانزلاق مرتبطة بالمياه المدفونة. ومع ذلك، حتى الآن لا يوجد دليل جيولوجي مباشر يشير إلى وجود مثل هذا الخزان المائي الكبير في هذا الصدع النيوزيلندي بالتحديد.

هضبة هيكورانجي هي بقايا سلسلة من الانفجارات البركانية الملحمية التي بدأت قبل 125 مليون سنة في المحيط الهادئ. قام مسح زلزالي حديث (المستطيل الأحمر) بقيادة معهد الجيوفيزياء بجامعة تكساس بتصوير الهضبة أثناء غرقها في منطقة اندساس هيكورانجي في نيوزيلندا (الخط الأحمر). ائتمان: أندرو غاز

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، أندرو جيز، الذي أجرى الدراسة: “لا يمكننا حتى الآن أن نرى عمقًا كافيًا لمعرفة التأثير على الصدع بالضبط، ولكن يمكننا أن نرى أن كمية المياه التي تتدفق هنا أعلى بكثير من المعتاد”. العمل كزميل ما بعد الدكتوراه في معهد الجيوفيزياء بجامعة تكساس (UTIG).

وقد نشر البحث مؤخرا في المجلة تقدم العلوم ويستند إلى الرحلات الزلزالية والحفر العلمي في المحيطات بقيادة باحثين من UTIG.

السعي إلى فهم أعمق

يدعو غاز، وهو الآن زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة ويسترن واشنطن، إلى إجراء حفر أعمق للعثور على المكان الذي تنتهي فيه المياه حتى يتمكن الباحثون من تحديد ما إذا كان يؤثر على الضغط حول الصدع – وهي معلومة مهمة يمكن أن تؤدي إلى فهم أكثر دقة. وقال من الزلازل الكبيرة.

أصول خزان المياه

الموقع الذي وجد فيه الباحثون المياه هو جزء من مقاطعة بركانية شاسعة تشكلت عندما اخترقت سحابة من الحمم البركانية بحجم الولايات المتحدة سطح الأرض في المحيط الهادئ قبل 125 مليون سنة. كان هذا الحدث واحدًا من أكبر الانفجارات البركانية المعروفة على وجه الأرض واستمر لعدة ملايين من السنين.

استخدم غاز عمليات المسح الزلزالي لبناء صورة ثلاثية الأبعاد للهضبة البركانية القديمة، حيث رأى رواسب سميكة ذات طبقات تحيط بالبراكين المدفونة. أجرى المتعاونون معه في UTIG تجارب معملية على عينات من الصخور البركانية ووجدوا أن الماء يشكل ما يقرب من نصف حجمه.

صورة زلزالية لهضبة هيكورانجي تكشف تفاصيل عن باطن الأرض ومما تتكون. تُظهر الطبقة الزرقاء والخضراء الموجودة أسفل الخط الأصفر المياه المدفونة داخل الصخور. ويعتقد الباحثون في معهد الجيوفيزياء بجامعة تكساس أن المياه يمكن أن تخفف الزلازل في منطقة الاندساس هيكورانجي القريبة. ائتمان: أندرو غاز

وقال: “قشرة المحيط الطبيعية، عندما يصل عمرها إلى حوالي 7 أو 10 ملايين سنة، يجب أن تحتوي على كمية أقل بكثير من الماء”. وكان عمر قشرة المحيط في عمليات المسح السيزمي أكبر بعشر مرات، لكنها ظلت أكثر رطوبة بكثير.

ويتكهن غاز بأن البحار الضحلة التي حدثت فيها الانفجارات أدت إلى تآكل بعض البراكين وتحولها إلى صخور مسامية ومكسورة تخزن المياه مثل طبقة المياه الجوفية أثناء دفنها. وبمرور الوقت، تحولت الصخور وشظاياها إلى طين، مما أدى إلى احتجاز المزيد من الماء.

الآثار المترتبة على فهم الزلازل

يعد هذا الاكتشاف مهمًا لأن العلماء يعتقدون أن ضغط المياه الجوفية قد يكون عنصرًا رئيسيًا في خلق الظروف التي تطلق الضغط التكتوني عبر الزلازل البطيئة الانزلاق. ويحدث هذا عادة عندما يتم دفن الرواسب الغنية بالمياه مع الصدع، مما يؤدي إلى حبس المياه تحت الأرض. ومع ذلك، فإن صدع نيوزيلندا يحتوي على القليل من هذه الرواسب المحيطية النموذجية. وبدلاً من ذلك، يعتقد الباحثون أن البراكين القديمة والصخور المتحولة – الطينية الآن – تحمل كميات كبيرة من الماء إلى الأسفل عندما يبتلعها الصدع.

وقال مدير UTIG، ديميان سافر، وهو مؤلف مشارك في الدراسة وكبير العلماء المشارك في مهمة الحفر العلمية، إن النتائج تشير إلى أن أخطاء الزلازل الأخرى في جميع أنحاء العالم يمكن أن تكون في مواقف مماثلة.

وقال: “إنه مثال واضح حقًا على العلاقة بين السوائل وأسلوب حركة الصدع التكتوني – بما في ذلك سلوك الزلازل”. “هذا شيء افترضناه من التجارب المعملية، وتنبأت به بعض عمليات المحاكاة الحاسوبية، ولكن هناك عدد قليل جدًا من التجارب الميدانية الواضحة لاختبار ذلك على نطاق الصفائح التكتونية.”

المرجع: “إن غمر القشرة العليا الغنية بالبراكين يوفر السوائل من أجل الدفع الضحل والانزلاق البطيء” بقلم أندرو سي. غاز، ناثان إل. بانجس، ديميان إم. سافر، شوشو هان، بيتر ك. ميلر، ريبيكا إي. بيل، ريوتا أراي، ستيوارت أ. هنريز، شويتشي كودايرا، ريتشارد ديفي، لورا فرام ودانيال إتش إن باركر، 16 أغسطس 2023، تقدم العلوم.
دوى: 10.1126/sciadv.adh0150

تم تمويل البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ووكالات العلوم والأبحاث في نيوزيلندا واليابان والمملكة المتحدة.