A július 4-én és 5-én a kaliforniai Mojave-sivatagban, Los Angelestől északkeletre fekvő Ridgecrest térségében bekövetkezett 6,4 és 7,1 erősségű földrengést akár 30 millió ember is érezhette Kaliforniában, Nevadában, Arizonában és Baja Californiában, ami emberéleteket követelt, sérüléseket, milliárdos károkat és sok-sok idegösszeomlást. Bár a távoli elhelyezkedés kétségtelenül minimalizálta a hatásokat, a rengések ébresztőként szolgáltak az önelégült kaliforniaiak számára, hogy földrengésországban élnek, és fel kell készülniük az elkerülhetetlen “Nagy Rengésre”, amely a tudósok szerint biztosan bekövetkezik. Emellett az embereket a földrengések minden aspektusáról szóba hozták.
A földrengésekről rengeteg mítosz kering. Az egyik leggyakoribb, hogy létezik olyan, hogy “földrengéses időjárás” – bizonyos típusú időjárási viszonyok, amelyek jellemzően megelőzik a földrengéseket, például forró és száraz, vagy száraz és felhős. A mítosz Arisztotelész görög filozófustól származik, aki az i. e. 4. században azt állította, hogy a földrengéseket a föld alatti barlangokból kiszabaduló, csapdába esett szelek okozzák. Úgy vélte, hogy a föld alatt rekedt nagy mennyiségű levegő miatt a földrengés előtti időjárás a földfelszínen meleg és nyugodt.
A szeizmológia – a földrengések tanulmányozása – megjelenésével ma már tudjuk, hogy a legtöbb rengést tektonikus folyamatok okozzák – a szilárd földben lévő erők, amelyek a földkéreg szerkezetében bekövetkező változásokat, elsősorban a föld alatti kőzettömegek törésvonalak (lineáris gyengeségzónák) mentén történő felszakadását mozgatják. Azt is tudjuk, hogy a legtöbb földrengés messze a Föld felszíne alatt következik be, jóval a felszíni hőmérséklet és körülmények hatásától távol. Végezetül tudjuk, hogy a földrengések statisztikai eloszlása megközelítőleg egyenlő az időjárási viszonyok minden típusában.
Az amerikai földtani intézet szerint az egyetlen összefüggés, amit a földrengések és az időjárás között megfigyeltek, az az, hogy a légköri nyomás nagy változásai, amelyeket a hurrikánokhoz hasonló nagy viharok okoznak, időnként úgynevezett “lassú földrengéseket” váltanak ki, amelyek viszonylag hosszú idő alatt szabadítják fel az energiát, és nem eredményeznek olyan földmozgást, mint a hagyományos földrengések. Megjegyzik, hogy bár az ilyen nagy alacsony nyomásváltozások potenciálisan hozzájárulhatnak egy káros földrengés kiváltásához, “a számok kicsik és statisztikailag nem szignifikánsak.”
De mi a helyzet az éghajlattal? Van-e összefüggés az éghajlati jelenségek és a földrengések között? Megkértük Paul Lundgren geofizikust a kaliforniai Pasadenában található NASA Jet Propulsion Laboratory geofizikusát, hogy tudományos alapossággal rázza fel a kérdést.
A víz szeizmikus következményeinek mérlegelése
Az éghajlat és a földrengések közötti bármilyen kapcsolat megteremtéséhez, mondja Lundgren, először meg kell határozni, hogy milyen tektonikai folyamatok kapcsolódhatnak az éghajlati jelenségekhez. A tudósok tudják, hogy a földrengéseket kiválthatja vagy gátolhatja a törésen lévő feszültség mértékének változása. A legnagyobb éghajlati változó, amely megváltoztathatja a törések feszültségterhelését, a felszíni víz, eső és hó formájában. Lundgren szerint több tanulmány is alátámasztotta az ilyen összefüggéseket. De van egy bökkenő.
“Általában, ahol ilyen típusú összefüggéseket láttunk, az a mikroszeizmicitás – apró, nullánál kisebb erősségű földrengések, sokkal kisebbek, mint amit az ember érzékel” – mondta. “Ezek elég gyakran előfordulnak.”
Lundgren idézte kollégája, Jean-Philippe Avouac munkáját a Caltech-en és másokét, akik összefüggést találtak a Himalájában a mikroszeizmicitás és az éves monszunidőszak között. A nyári hónapokban nagy mennyiségű csapadék hull az Indo-gangeti síkságon, amely az indiai szubkontinens északi régióit foglalja magába. Ez növeli az ottani földkéreg feszültségterhelését, és csökkenti a mikroszeizmusság szintjét a szomszédos Himalájában. A téli száraz évszakban, amikor a síkságon kevesebb vízterhelés éri a földkérget, a himalájai mikroszeizmicitás tetőzik.
Lundgren szerint azonban sokkal nehezebb lesz ilyen következtetéseket levonni a nagyobb földrengésekről.
“Láttuk, hogy az éghajlathoz hasonló erőhatások okozta viszonylag kis feszültségváltozások hatással lehetnek a mikroszeizmicitásra” – mondta. “A földkéreg sok kis repedése instabil. Azt is látjuk, hogy az árapályok okozhatnak gyenge földmozgásokat, amelyeket mikroszeizmusként ismerünk. Az igazi probléma azonban az, hogy a mikroszeizmussal kapcsolatos ismereteinket felhasználjuk, és felskálázzuk, hogy egy nagy rengésre, vagy bármilyen méretű rengésre alkalmazzuk, amelyet az emberek érezhetnek.” Az éghajlattal kapcsolatos feszültségváltozások elősegíthetik vagy nem elősegíthetik egy földrengés bekövetkezését, de nem tudhatjuk, hogy mennyivel.
“Nem tudjuk, hogy egy törés mikor kerülhet a kritikus pontra, ahol egy éghajlati folyamathoz kapcsolódó nem tektonikus kényszer lehet az a szalmaszál, amely megtörheti a teve hátát, és egy jelentős méretű földrengést eredményezhet, és miért akkor és nem korábban?” – mondta. “Egyszerűen még nem vagyunk abban a helyzetben, hogy azt mondhassuk, hogy az éghajlati folyamatok kiválthatnak egy nagy földrengést.”
Mi a helyzet az aszályokkal?
Tudjuk, hogy a szezonális hatások változásokat okozhatnak a töréseken, de mi a helyzet a kevésbé periodikus éghajlati jelenségekkel, például egy hosszú távú aszállyal? Ezek is okozhatnak változásokat?
Mint kiderült, az aszályos időszakokból eredő, a földkéregre ható stresszterhelés változásai valóban jelentősek lehetnek. A JPL tudósa, Donald Argus és mások 2017-es kutatása a Kaliforniában, Oregonban és Washingtonban található nagy pontosságú GPS-állomások hálózatának adatait felhasználva megállapította, hogy a Sierra Nevadában 2011 és 2017 között a szárazság és a nagy mennyiségű csapadék váltakozó időszakai miatt a hegység hegyvonulata valójában közel egy hüvelykkel emelkedett, majd ennek felével csökkent, mivel a hegység sziklái a szárazság alatt vizet vesztettek, majd visszanyerték azt. A tanulmány nem vizsgálta külön a törésekre gyakorolt lehetséges hatásokat, de az ilyen feszültségváltozások potenciálisan érezhetőek lehetnek a hegységben vagy annak közelében lévő töréseken.
Hasonlóképpen, a talajvíz földalatti víztartó rétegekből való emberi szivattyúzása, amely aszályos időszakokban fokozódik, a földkéreg “súlytalanítása” révén szintén hatással van a feszültségterhelések mintázatára. Lundgren rámutatott a Nature folyóiratban Amos és munkatársai által 2014-ben megjelentetett tanulmányra, amely a kaliforniai Közép-völgyben végzett talajvíz-kitermelés hatását vizsgálta a szomszédos San Andreas-törés szeizmicitására. A kutatók megállapították, hogy az ilyen kitermelések elősegíthetik a feszültség oldalirányú változását a San Andreas két oldalán, amelyek vízszintesen mozognak egymás ellen a két nagy tektonikus lemez határa mentén. Ez potenciálisan ezek szétfeszülését és csúszását okozhatja, ami földrengéshez vezethet.
“Az ilyen feszültségek kicsik, de ha a talajvíz szivattyúzása hosszú időn át tart, akkor jelentősebbé válhatnak” – mondta. “Még ha az ilyen változások kicsik is lehetnek a tektonikus folyamatokból eredő normál feszültségfelhalmozódás okozta feszültségváltozásokhoz képest egy törésen, ez potenciálisan felgyorsíthatja a következő nagy rengés bekövetkeztét a San Andreason. Ráadásul, mivel a törésen a csúszás mértéke a földrengések között eltelt idővel nő, ez gyakoribb, de kisebb rengéseket eredményezhet.”
A San Andreas-törésnek a Közép-völgyhöz legközelebb eső Fort Tejon szakasza azonban – mondja Lundgren – utoljára 1857-ben szakadt meg, így a törés mentén bekövetkező földrengések kiszámíthatatlansága és az események között eltelt idő nagyfokú változékonysága miatt a jelenlegi tudásunk mellett a tudósok még messze nem tudják, hogy mikor és hol lesz a következő nagy földrengés a törésen.
Tűz és jég: Glaciers and Tectonic Processes
Egy másik éghajlattal kapcsolatos jelenség, amelyről úgy vélik, hogy kapcsolatban áll a tektonikus folyamatokkal, az eljegesedés. A gleccserek visszahúzódása csökkentheti a földkéreg alatti feszültségterhelést, ami hatással van a felszín alatti magma mozgására. A Geology folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmány, amely a 4500 és 5500 évvel ezelőtti izlandi vulkáni tevékenységről szólt, amikor a Föld sokkal hűvösebb volt, mint ma, kapcsolatot talált a jégmentesítés és a fokozott vulkáni tevékenység között. Ezzel szemben, amikor a jégtakaró növekedett, a kitörések száma csökkent.
A gleccserek gyors mozgása bizonyítottan úgynevezett gleccserföldrengéseket is okoz. A grönlandi gleccserföldrengések gyakorisága a nyári hónapokban tetőzik, és az idők során folyamatosan nőtt, valószínűleg a globális felmelegedés hatására.
A víz emberi felhasználása és az indukált szeizmicitás
A víznek a szeizmicitásra gyakorolt éghajlati hatásai mellett a víz emberi kezelése és alkalmazása is hatással lehet a földrengésekre az úgynevezett indukált szeizmicitás jelenségén keresztül.
A nagy gátakban tárolt vizet például a világ különböző pontjain összefüggésbe hozták a földrengési aktivitással, bár a hatás lokális jellegű. 1975-ben, körülbelül nyolc évvel azután, hogy az észak-kaliforniai Oroville-tó, az állam második legnagyobb, ember által épített víztározója az Oroville-gát mögött létrejött, a közelben földrengések sorozata következett be, a legnagyobb 5,7-es erősségű földrengést regisztrálva. Röviddel azután, hogy a tározó vizét az eredeti feltöltés óta a legalacsonyabb szintre engedték le, hogy a gát erőművének víznyelőit megjavítsák, majd újra feltöltötték, bekövetkeztek a földrengések.
A rengéseket vizsgáló több tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a tározó vízszintjének ingadozása és a tározó súlyának megfelelő változásai megváltoztatták a helyi törés feszültségterhelését, ami a rengéseket kiváltotta. A rengéseket követő években a tározó földrengési aktivitásának megfigyelése szezonális összefüggést állapított meg a tározó szintje és a szeizmicitás között. A szeizmicitás csökken, ahogy a tározó télen és tavasszal feltöltődik, és a legnagyobb földrengések általában akkor következnek be, amikor a tározó szintje nyáron és ősszel csökken.
A szeizmicitás kiváltása akkor is előfordulhat, amikor az emberi vízalkalmazások kenik a törést. Az USGS és más intézmények által végzett tanulmányok a földrengési aktivitás hirtelen növekedését Oklahomában és más középnyugati és keleti amerikai államokban az elmúlt években azzal hozták összefüggésbe, hogy a kőolajipari műveletek során egyre több szennyvizet fecskendeznek a talajba. A befecskendező kutak folyadékokat juttatnak a föld alá a porózus geológiai képződményekbe, ahol a tudósok úgy vélik, hogy azok néha csúszásra kész, eltemetett törésekbe juthatnak, megváltoztatva a rájuk ható pórusnyomást, és csúszást okozhatnak.
A földi rendszer összefüggéseinek átfogó megismerése
Lundgren azt mondja, amikor először kezdte tanulmányozni a földrengéseket, minden arra összpontosított, hogy a földrengéseket a lemeztektonika és a földkéregben zajló folyamatok összefüggésében értse meg. De ez mostanra megváltozott.
“Az elmúlt körülbelül egy évtizedben, az olyan új technológiák széles körű elterjedésével, mint a GPS, amelyek nagyobb térbeli eloszlással és érzékenységgel rendelkeznek, az emberek elkezdtek más másodrendű hatásokat is vizsgálni – más tényezőket, amelyek hatással lehetnek a földrengésekre” – mondta. “Nagyon érdekes, hogy lehetséges kapcsolatokat találhatunk a földrengések és az éghajlat között, mint például az évszakos különbségek. A kihívást azonban az jelenti, hogy ezeket a kapcsolatokat az alapvető fizikával kell összeegyeztetni.”
“Még közel sem vagyunk ahhoz, hogy meg tudjuk jósolni, mikor következhet be egy földrengés az éghajlati folyamatok hatására” – zárta. “Még ha tudjuk is, hogy valamilyen külső éghajlati folyamat potenciálisan hatással van egy törésrendszerre, mivel nem ismerjük a törés potenciális töréskészségi állapotát, még nem tudjuk azt a plusz következtetést levonni, hogy azt mondhassuk, hogy “ah ha, lehet, hogy egy héttel vagy egy hónappal később rengés lesz.”
Azt, amit ezek a tanulmányok hangsúlyoznak, az Földünk rendszerének hihetetlen komplexitása. A további kutatások segítenek majd abban, hogy jobban megfejtsük, hogyan kapcsolódnak össze különböző összetevői, néha meglepő módon.