Meno chiaro è se i tre terremoti di magnitudo 7 negli ultimi 80 giorni siano parte di una reazione a catena. La sequenza ha tuttavia lasciato alcuni difetti più vicini al fallimento, quindi sono possibili più shock.
Di Shinji Toda, Ph. D., IRIDeS, Tohoku University, Sendai, Giappone e Ross S. Stein, Ph. D., Temblor, Inc.
Citazione: Toda, S., Stein, R., 2021, Recenti grandi terremoti del Giappone sono scosse di assestamento del terremoto di Tohoku 2011, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.175
Tre grandi terremoti hanno colpito al largo di Sendai e Fukushima, in Giappone, negli ultimi tre mesi. I primi due, entrambi di magnitudo 7.1, si sono verificati il 13 febbraio e il 20 marzo. L’ultimo, una magnitudo-6.9, si è verificato il 1 ° maggio. I tre terremoti colpirono entro 60 miglia (100 chilometri) l’uno dall’altro ed erano abbastanza forti da scuotere i principali centri abitati di Honshu settentrionale, l’isola principale del Giappone. Queste erano solo alcune delle migliaia di terremoti che hanno colpito la regione nell’ultimo decennio — dal Grande terremoto di Tohoku.
L’impatto massiccio e longevo del terremoto di Tohoku
La misura in cui la magnitudo 2011-9.0 Tohoku terremoto cambiato il paesaggio sismico in tutto il nord Honshu e la trincea del Giappone è davvero sorprendente. Sia le aree costiere che quelle offshore mostrano un tasso di terremoti molto più elevato durante i 10 anni successivi all’evento Tohoku rispetto ai 10 anni prima. Questo può essere visto confrontando l’area attorno a ciascun epicentro nel pannello di destra con quelle stesse aree nel pannello di sinistra in basso. Ancora oggi, il tasso di terremoti è ben al di sopra del livello pre-2011.
Quando si traccia il numero cumulativo di terremoti con il tempo (sotto), si vede un salto immediato e un decadimento “Omori” tipico delle scosse di assestamento. Omori decay prende il nome dal suo scopritore nel 1894, Fusakichi Omori. Subito dopo il terremoto di Tohoku, che ha colpito 62 miglia (100 chilometri) ad est delle recenti scosse di magnitudo-7, il tasso di sismicità di magnitudo-3.0 e terremoti più grandi saltato di più di un fattore di 100. Nel febbraio 2021, quando si è verificato il primo di questa ultima serie, era ancora cinque volte superiore rispetto a prima del terremoto di Tohoku. Durante gli anni 90 prima del terremoto di Tohoku, il tasso di magnitudo-6.8 e scosse più grandi all’interno della scatola sopra era 0.58 all’anno; nel decennio successivo allo shock di Tohoku, è stato 2.04 all’anno (3,5 volte superiore), e durante il breve periodo dal 13 febbraio, è stato 13,5 all’anno (un altro 6,5 volte superiore).
A nostro giudizio, questi aumenti del tasso di terremoto sono causati dal trasferimento di stress “Coulomb” dall’evento magnitude-9.0, che ha portato le faglie circostanti più vicine al fallimento (Toda et al., 2011). La teoria del cambiamento di sforzo di Coulomb presuppone che sbloccare un guasto o aumentare il suo sforzo di taglio — o entrambi — promuova il guasto del guasto; bloccarlo o diminuire lo sforzo di taglio inibisce il guasto. Gli studi hanno scoperto che questo può spiegare molte caratteristiche di scosse di assestamento e scosse progressive (ad esempio, Harris, 1998; Stein, 1999).
I tre recenti terremoti cadevano domino?
Quindi, se la magnitudo-9 ha promosso i recenti terremoti di magnitudo-7, si sono promossi a vicenda in una reazione a catena? Qui, le osservazioni diventano più enigmatiche. Quando osserviamo come la sismicità nelle vicinanze dei futuri terremoti del 20 marzo e del 1 maggio hanno risposto all’evento del 13 febbraio, non vediamo nulla, come mostrato di seguito (le curve blu e rosse non mostrano cambiamenti al momento dell’evento del 13 febbraio). Ma dopo l’evento 20 di marzo, c’è stata un’esplosione di sismicità di tre giorni nel sito del futuro evento 1 di maggio, anche se è rapidamente tornato alla normalità (curva nera al momento dell’evento 20 di marzo).
La risposta della sismicità nel futuro sito del 1 maggio all’evento del 20 marzo è coerente con un aumento dello stress calcolato (di circa 0,25 bar). Per riferimento, mettiamo circa 7 bar di pressione nei nostri pneumatici per biciclette, quindi mentre 0.25 bar è piccolo, gli studi dimostrano che i terremoti rispondono a sollecitazioni di circa 0.10 bar o più. L’assenza di un cambiamento nella sismicità dopo il terremoto del 13 febbraio ci stupisce tuttavia perché calcoliamo che il terremoto ha aumentato lo stress di Coulomb sulle faglie vicino all’evento del 1 maggio (di circa 0.30 bar) e leggermente aumentato lo stress sui guasti vicino all’evento del 20 marzo (di circa 0,05 bar). Quindi, ci saremmo aspettati un aumento della sismicità nel sito del 1 ° maggio, e possibilmente in entrambi i siti.
Possiamo visualizzare i cambiamenti di stress calcolati con i beachballs, come mostrato di seguito (Toda e Stein, 2020). I “beachball” – tecnicamente chiamati “meccanismi focali” – sono una rappresentazione visiva dell’orientamento e del senso di scivolamento sui difetti attivi. Nella figura seguente, un beachball rosso significa che una particolare faglia è stata avvicinata al fallimento nel nostro calcolo a seguito di un terremoto; un beachball blu significa che il fallimento è stato inibito. Ogni pannello nella figura mostra questo trasferimento di stress da un dato evento.
Elementi di una reazione a catena
Possiamo tranquillamente affermare che tutti e tre gli eventi di magnitide-7 sono scosse di assestamento del magnitide-9 del 2011.0 Terremoto di Tohoku. La sua sequenza di scosse di assestamento è tutt’altro che finita, e potrebbero verificarsi eventi più grandi, anche se probabilmente non al ritmo che abbiamo visto negli ultimi 80 giorni, il che non ha precedenti.
La scossa del 13 febbraio ha leggermente promosso il sito della scossa del 20 marzo, ma non vi è stato alcun aumento di sismicità rilevabile. Quindi, la vicinanza del secondo shock nello spazio e nel tempo al primo potrebbe essere stata una coincidenza, o potremmo aver perso la sua risposta perché la rilevabilità di piccoli terremoti al largo è limitata. Ma c’è una chiara risposta sismica del secondo evento al terzo, coerente con il suo grande aumento di stress calcolato. Quindi, l’innesco del terzo terremoto dal secondo sembra chiaro.
Il pannello inferiore dell’ultima figura mostra che rimangono molti beachball rossi, in particolare a nord-est dell’evento del 1 maggio. Quindi, anche se il terzo evento era più piccolo dei suoi predecessori, e anche se il tasso di terremoto in questa sequenza è estremamente alto, potremmo non aver visto la fine di questa straordinaria sequenza.
Ringraziamenti. Siamo grati a JMA (Japan Meteorological Agency) e NIED (National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience) per i dati utilizzati in questo studio.
Hardebeck, Jeanne L., Julie J. Nazareth e Egill Hauksson (1998), The static stress change triggering model: Constraints from two southern California aftershock sequences, J. Geophys. Ris. 103, doi: 10.1029/98JB00573.
Harris, Ruth A. (1998), Introduction to special section: Stress trigger, stress shadows, and implications for seismic hazard, J. Geophys. Res., 103, 24347-24358, doi: 10.1029 / 98JB01576.
Stein, Ross S. (1999), The role of stress transfer in earthquake occurrence, Nature, 402, 605-609, doi.org/10.1038/45144
Toda, Shinji, Ross S. Stein e Jian Lin (2011), Eccitazione sismica diffusa in tutto il Giappone centrale dopo il terremoto di Tohoku 2011 M=9.0 e la sua interpretazione di Coulomb stress transfer, Geophys. Res. Lett. 38, doi:10.1029 / 2011GL047834.
Toda, Shinji e Ross S. Stein (2020), Interazione dello stress a lungo e breve termine della sequenza di Ridgecrest 2019 e previsioni sismiche basate su Coulomb, Boll. Seismol. Soc. L’ho fatto., 110, 1765-1780, due: 10.1785/0120200169