Dünya'nın sırları: Antik kayalar gelecekteki depremleri nasıl tahmin edebilir?

Penn State ve Brown Üniversitesi'nden jeologlar, dalma bölgelerinden yüzeye çıkmış antik kayalardaki basınç çözünmesi mekanizmasını inceleyerek, sismik risk analizlerinde çığır açan ve depremleri daha doğru öngörebilecek bir yöntem geliştirdi. Science Advances'da yayımlanan bu çalışma, laboratuvar örnekleri ile test edilen yeni akış yasası sayesinde, tektonik plakaların hareketini ve gerilim birikimini daha kesin tahmin edebilmeyi mümkün kılıyor.

Basınç Çözünmesi Nedir, Neden Önemli?

Tortul kayaçları oluşturan mineraller, yüksek basınç altında temas noktalarında çözünerek gözeneklerdeki sıvıya karışır. Bu basınç çözünmesi adı verilen süreç, kayaların şekil değiştirmesine izin verir ve plakalar arasındaki sürtünmeyi azaltır.

Penn State'te jeoloji bilimleri profesörü olan Donald Fisher, "Buz pateni yaptığınızda olduğu gibi - yüzeydeki bıçak buzu eritiyor ve bu da kaymanızı sağlıyor." şeklinde basınç çözünmesi benzetmesi yaparak açıklamasında şu ifadelere yer verdi: "Kayalarda olan şey, kuvars taneciklerinin gergin temas noktalarında erimesi ve çözünen malzemenin çökeldiği çatlaklara doğru hareket etmesidir."

Depremler Tahmin Edilebilir mi?

Dalma bölgeleri, bir tektonik levhanın diğerinin altına doğru dalarak yüzlerce kilometrelik derinliklere indiği alanlar olarak biliniyor. Bu bölgelerde levhalar sıkıca kenetlenip zaman içinde yüksek miktarda gerilim biriktirir, tıpkı gerilmiş bir lastik bandın sabitlenmiş uçları gibi. Biriken enerji, sürtünme kuvvetini aşacak seviyeye ulaştığında ise lastik bandın kopması gibi ani bir kırılma meydana gelir ve bu kırılma, yerkabuğunda büyük şiddette deprem dalgaları oluşturur.

Fisher, "Basınç çözümünün, dalma bölgelerindeki sismik dönem boyunca temel bir süreç olduğunu gösterdik." dedi. Bu basınç çözümünün oluşumu, sismik bölgenin farklı kısımlarında biriken elastik gerginlik miktarını gerçekten etkileyebileceğini belirtti.

Basınç çözeltisinin laboratuvar ortamında incelenmesi, doğada binlerce ila milyonlarca yıl içinde çok yavaş ilerlediği için yüksek sıcaklık ve basınç uygulamalarının kaya dokusunda yan etkilere yol açmasıyla güçleşiyor. Bu nedenle jeoloji uzmanları, deneysel sınırlamaları aşmak amacıyla eski dalma bölgesi kayalarını tercih etti. Yüzeye çıkmış antik örneklerde basınç çözeltisine dair mikroskobik kırılma izleri ve deformasyon dokularını inceleyerek gerçek jeolojik koşullarda gerçekleşen çözünme süreçlerine dair veriler elde etti.

Fisher, "Bu çalışma, bir zamanlar levha sınırında bulunan ve yüzeye çıkarılan eski kayalardaki basınç çözüm oranını tanımlayan bir akış yasasını veya modelini test etmemize olanak sağlıyor. Ve bunu bugün hareket eden aktif kenarlara uygulayabiliriz." dedi.

Bilim İnsanları Ayrıntılı Bir Model Geliştirdi

Penn State ve Brown Üniversitesi'nden Prof. Donald Fisher ile Prof. Greg Hirth önderliğindeki çalışma, deprem tahmini modellerine çözünürlük ve tane boyutu parametrelerini ekleyerek kaya deformasyonunu daha gerçekçi biçimde simüle ediyor. Önceki araştırmalar yalnızca kayaların maruz kaldığı stres ve gerilme oranını ilişkilendirirken, bu yeni yaklaşımda sıcaklık ve basınç koşullarına bağlı olarak minerallerin sıvıya dönüşme hızını (çözünürlük) da modellemenin içine katıyor.

Araştırmacılar, geliştirdikleri model aracılığıyla kullanıcıların farklı tane boyutları, değişken sıcaklık dereceleri ve basınç seviyeleri tanımlayıp bu girdilerden doğrudan gerinim oranı hesaplayabilmesini sağlıyor. Bu sayede depremlerin yoğunlaştığı sismojenik tabakanın hangi kısmında ne kadar elastik gerilim biriktiğini saptamak mümkün hale geliyor. Risk analizlerinde ve erken uyarı sistemlerinde güvenilirliği artırıyor.

Araştırmacılar, modellerini Kuzey Kaliforniya'dan Kanada'ya ve Portland, Oregon, Seattle ve Vancouver, Britanya Kolombiyası gibi büyük şehirlere kadar uzanan aktif bir fay olan Cascadia Dalma Zonu'na uyguladılar. Bu kritik merkez kentleri kapsayan simülasyonlar, model çıktılarının uydu tabanlı kabuk hareketi verileriyle yüksek uyumluluk gösterdiğini ortaya koydu.

Fisher, "Cascadia harika bir örnek çünkü sismik dönemin sonlarında yer alıyor - son büyük depremden bu yana 300 yıl geçti. Yaşam süremizde bir tane yaşayabiliriz, bu da Kuzey Amerika'nın sarsıntı ve bunun sonucunda tsunami potansiyeli açısından öngörebileceği en büyük doğal afet olur." dedi.