Rozległe przekroczenie ciśnienia płynów w płytkiej strefie powolnych trzęsień ziemi przy rowie Nankai u wybrzeży Muroto odwzorowane za pomocą wysokorozdzielczej prędkości fal P

Ukryte siły pod dnem morskim

Wzdłuż południowego wybrzeża Japonii jedno z najsłabiej znanych i jednocześnie najważniej obserwowanych miejsc trzęsień ziemi skrywa duże ilości wody pod ogromnym ciśnieniem. W rowie Nankai jedne trzęsienia pękają gwałtownie, inne przesuwają się powoli przez dni lub tygodnie. To badanie odsłania dno morskie u przylądka Muroto, pokazując, jak głęboko zakopane, silnie sprężone płyny mogą pomóc wyjaśnić, gdzie i dlaczego występują te nietypowe „powolne trzęsienia ziemi” — oraz co to może oznaczać dla przyszłych wielkich trzęsień i tsunami.

Gęsto zaludniona strefa kolizji u wybrzeży Japonii

Rów Nankai to gigantyczna podwodna bruzda, w której płytka oceaniczna zanurza się pod Japonię. Proces ten, zwany subdukcją, tworzy grube nagromadzenie osadów i skał na płycie nachodzącej i napędza duże trzęsienia ziemi. W rejonie Muroto obszar, gdzie występują powolne trzęsienia, leży na małych głębokościach, w granicach około 10 kilometrów od powierzchni. Naukowcy podejrzewają, że płyny wypychane z osadów odgrywają kluczową rolę w sposobie, w jaki skały się ślizgają — czasem płynnie i cicho, a czasem w destrukcyjnych szarpnięciach.

Nasłuchiwanie fal w celu odwzorowania ukrytej wody

Aby zobaczyć, co dzieje się na kilka kilometrów poniżej dna morskiego, autorzy użyli szczegółowego obrazu szybkości, z jaką fale sejsmiczne przemieszczają się przez skorupę. Te fale P poruszają się wolniej przez miękkie, bardziej nasycone płynem osady i szybciej przez sztywne, zagęszczone skały. Stosując laboratoryjne zależności łączące prędkość fal, porowatość skały i naprężenie, zespół przekształcił mapę prędkości fal w oszacowania, jaka część ciężaru nadległej skały jest przenoszona przez uwięzione płyny zamiast przez ziarna skalne. Uzyskano w ten sposób wysokorozdzielczą mapę wielkości zwanej wskaźnikiem ciśnienia pore'owego, która pokazuje, jak blisko płyny są do podtrzymania pełnego ciężaru leżących powyżej skał.

Rozległe strefy nadciśnionych osadów

Wyniki ujawniają szeroki obszar, rozciągający się od głównego uskoku przybrzeżnego (czołowego uskoku) w głąb lądu na około 60 kilometrów i w dół do około 8 kilometrów głębokości, gdzie ciśnienia płynów są wysokie na dużej przestrzeni. W obrębie tej strefy osady podpodmywane bliżej rowu zawierają rozrzucone „plamy”, w których ciśnienia są szczególnie wysokie, zachowujące się jak nadciśnione zbiorniki wodonośne i potwierdzające wcześniejsze obserwacje z odwiertów dotyczące niespodziewanego wypływu mułu. Głębiej, pod wewnętrzną częścią marginesu, ciągły pas bardzo wysokiego ciśnienia zbiegają się z warstwą osadów zeskrobanych z dna morskiego i przyspawanych do płyty nadrzędnej — materiału uważanego za bogaty w wodonośne osady rowowe, które zostały przeciągnięte w dół.

Seamounty, uskoki i powolne trzęsienia

W pobliżu kilka zatopionych stożków wulkanicznych, czyli seamountów, jest wciąganych do strefy subdukcji. Wcześniejsze prace sugerowały, że w miarę jak te seamounty brną w margines, ściskają podspięte, bogate w wodę osady i podnoszą ciśnienia płynów po stronie lądowej. Nowa ilościowa mapa ciśnień potwierdza ten obraz: regiony o wysokim ciśnieniu pokrywają się z warstwą podspiętych osadów oraz z obszarami, gdzie zarejestrowano powolne trzęsienia ziemi i rzadkie zimne wycieki na dnie morskim. Pionowe smugi wysokiego ciśnienia wzdłuż uskoku wskazują, że te szczeliny działają jak przewody, pozwalające płynom wznosić się. W wielu miejscach ciśnienie zbliża się do warunków, w których skały stają się wyjątkowo słabe, tworząc idealne warunki dla powolnego, pełzającego poślizgu zamiast szybkiego pęknięcia.

Co to oznacza dla przyszłych trzęsień ziemi

Dla osób niebędących specjalistami główny wniosek jest taki, że woda pod bardzo wysokim ciśnieniem nie jest drobnym szczegółem, lecz powszechną cechą płytkiej strefy subdukcji Nankai u wybrzeży Muroto. Badanie pokazuje, że znaczna część regionu, w którym występują powolne trzęsienia, jest nadciśniona, a rozmieszczenie tego ciśnienia kształtują subdukujące seamounty, warstwy podspiętych osadów oraz sieci uskoków działających jak instalacja hydrauliczna. Te ustalenia pomagają wyjaśnić, dlaczego niektóre części uskoku ślizgają się powoli i mogą czasami działać jako bariery lub bramy dla większych pęknięć. Lepsze mapy tego ukrytego systemu płynów powinny poprawić nasze rozumienie, jak i gdzie mogą zaczynać się przyszłe duże trzęsienia ziemi i tsunami oraz jak subtelne zdarzenia powolnego poślizgu wpisują się w szerszy cykl sejsmiczny.

Cytowanie: Flores, P.C.M., Kodaira, S., Shiraishi, K. et al. Extensive fluid overpressure in the shallow slow earthquake zone of Nankai Trough off Muroto mapped with high-resolution P-wave velocity. Sci Rep 16, 7636 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38308-x

Słowa kluczowe: Rów Nankai, powolne trzęsienia ziemi, nadciśnienie płynów, strefa subdukcji, subdukcja seamountów