Американың оңтүстік және орталық аймақтарындағы сейсмик аймақ

Кіріспе

Оңтүстік және орталық-батыс АҚШ-тағы ірі сейсмикалық аймақ

Нью-Мадрид сейсмикалық аймағы (NMSZ) ('/m//æ//d//r//ɪ//d/'), кейде Нью-Мадрид жарылысы деп аталады, Оңтүстік және орталық-батыс АҚШ-тағы маңызды сейсмикалық аймақ және тектоникалық тақталар ішінде болатын жер сілкіністерінің (ішкі тақталық жер сілкіністері) өнімді көзі болып табылады. Бұл аймақ Миссури штатының Нью-Мадрид қаласынан оңтүстік-батысқа қарай созылады. Нью-Мадрид жарылыс жүйесі 1811–12 жылғы Нью-Мадрид жер сілкіністеріне себепкер болды және болашақта үлкен жер сілкіністерін тудыруы мүмкін. 1812 жылдан бері аймақта жиі ұсақ жер сілкіністер тіркелді. Нью-Мадрид сейсмикалық аймағында болатын жер сілкіністері жеті американдық штаттың бір бөлігіне қауіп төндіруі мүмкін: Иллинойс, Миссури, Арканзас, Кентукки, Теннесси, сондай-ақ Миссисипи және Индиана штаттарына да белгілі бір дәрежеде қауіп бар.

Орналасқан жері

Сейсмикалық аймақ 150 миль (241 км) ұзындықты құрайды және бес штат аумағына таралады. Ол Иллинойс штатындағы Каирден оңтүстікке қарай, Миссури штатындағы Хайти, Карутерсвилл және Нью-Мадрид қалалары арқылы, Арканзас штатындағы Блайтвилльден Маркдтриге дейін созылады. Сонымен қатар, ол Реелфут көліне жақын Батыс Теннессинің бір бөлігін қамтиды және оңтүстік-шығысқа қарай Дайрсбургке дейін жалғасады. Бұл аймақ Уабаш аңғарының сейсмикалық аймағынан оңтүстік-батысқа қарай орналасқан.

Геология

NMSZ-ге жауапты жарықтар Reelfoot Rift деп аталатын жер асты геологиялық құрылымға енбеген, ол кембрий кезеңінде қалыптасқан болуы мүмкін. Reelfoot Rift тұңғыш рет Эрвин мен МакГиннис (1975) сипаттаған және ол кейінгі кембрий дәуіріне жатады деп есептелген. Бұл жарылыс Солтүстік Америка құрлығын бөле алмады, бірақ ол жер астында аулакоген (із немесе әлсіз аймақ) ретінде сақталды. Бұл салыстырмалы әлсіздік маңызды, себебі ол Солтүстік Америка тақтасының батысқа қарай үздіксіз қозғалысымен байланысты шағын шығыс-батыс бағыттағы қысым күштеріне Жаңа Мадрид маңындағы көне жарықтарды қайта белсендіруге мүмкіндік береді, нәтижесінде аймақ ең жақын тектоникалық тақта шекарасынан қашықта болғанына қарамастан, жер сілкіністеріне өте сезімтал. Солтүстік Америкада басқа да көне жарықтардың бар екені белгілі, бірақ олардың бәрі де қазіргі жер сілкіністерімен байланысты емес, сондықтан басқа да процестер Жаңа Мадрид жарықтарындағы механикалық кернеуді жергілікті түрде арттыруы мүмкін. Аймақтың астындағы литосферадағы жылудың белгілі бір түрі терең тау жыныстарын пластикалық етуге және кернеуді жарықтар пайда болатын жер астының беткі қабаттарында шоғырландыруға себеп болуы мүмкін деп болжануда.

Тарих

Бұл аймақта Солтүстік Америка тарихында тіркелген ең ірі төрт жер сілкінісі болды, олардың момент шамасы 7 немесе одан да жоғары деп бағаланды, бәрі де 1811 жылдың желтоқсаны мен 1812 жылдың ақпаны аралығындағы 3 ай ішінде орын алды. Көптеген жарияланған мәліметтер барлық жер сілкіністерінің күмүлативтік әсерін (Жаңа Мадрид тізбегі деп белгілі) сипаттайды, сондықтан әрбір жер сілкінісінің жеке әсерін анықтау қиынға түсуі мүмкін. Шамалар мен эпицентрлер тарихи мәліметтерге сүйенген интерпретациялар негізінде жасалған және өзгеріп отыруы мүмкін.

Тарихи дәуірдегі жер сілкіністері

Үлкен Нью-Мадрид жер сілкіністерімен байланысты көтерілу жылдамдығы геологиялық уақыт өлшемдері бойынша үзіліссіз жалғаса алмайтыны, өйткені бұл жергілікті топографияны күрт өзгертіп тастаған болар еді, соның салдарынан жасалған зерттеулер сейсмикалық белсенділік 64 000 жылдан астам уақытқа созылмағанын көрсетті. Бұл Нью-Мадрид сейсмикалық аймағының салыстырмалы түрде жас екенін білдіреді. Сондай-ақ, жер сілкіністері мен олармен байланысты көтерілу аймақ бойынша уақыт өте келе жылжып отыруы мүмкін, немесе NMSZ ұзақ ұйықтау кезеңдерімен араласатын қысқа белсенділік кезеңдерін бастан кешіруі мүмкін. Археологиялық зерттеулер, құм шығуы мен топырақ горизонттарын зерттеу нәтижесінде, NMSZ-де таяу тарихта өте күшті жер сілкіністері болғанын анықтады. Құм шығуынан табылған артефакттар және көміртегі-14 зерттеулеріне сүйенсек, 1811–12 жылдардағыдай бұрынғы ірі жер сілкіністері шамамен 1450, 900 және 300 жылдары болған. Сонымен қатар, б.з.б. 2350 жылдары үлкен жер сілкіністерінің сериясы болғанына қатысты да деректер табылды. Қазіргі уақытта белгіленген NMSZ-дің оңтүстік-батысында, бірақ Арканзас штатындағы Марианна қаласының жанында, Реелфут жарылысымен байланысты болуы мүмкін, ірі жер сілкіністерін көрсететін сұйылудың екі жиынтығы алдын ала анықталды және б.з.б. 3500 және 4800 жылдарына дейін мерзімделді. Бұл құбылыстар бір-біріне жақын уақытта болған ірі жер сілкіністерінің тобынан туындаған деп жорамалданады. Реелфут көлінде өсетін ең ескі балғадақ ағаштарында жасалған дендрохронологиялық (ағаш сақиналарын зерттеу) зерттеулер 1811–12 жылдардағы серияның іздерін анықтады – суға батқаннан кейін тез өсуге түрткіс берген жарықтар. Ал Сент-Францис суға батқан жерлердегі ескі балғадақ ағаштарынан алынған өзектік үлгілер 1812 жылдан кейінгі жарты ғасырда өсудің баяулағанын көрсетті. Бұл 1811–12 жылдардағы жер сілкінісі сериясының ағаш сақиналарындағы айқын белгілері ретінде түсіндірілді. Реелфут көліндегі және Сент-Францис суға батқан жерлердегі ағаш сақиналарының тіркелген деректері тиісінше 1682 және 1321 жылдарға дейін жетеді. Ван Арсдейл және авторлар осы жылдар мен 1811 жыл аралығында басқа жерлерде ұқсас сигналдардың болмауын Нью-Мадрид жер сілкіністерінің дәлелі ретінде қарастырады.

As uplift rates associated with large New Madrid earthquakes could not have occurred continuously over geological timescales without dramatically altering the local topography, studies have concluded that the seismic activity there cannot have gone on for longer than 64,000 years, making the New Madrid Seismic Zone a young feature, or that earthquakes and the associated uplift migrate around the area over time, or that the NMSZ has short periods of activity interspersed with long periods of dormancy. Archaeological studies have found from studies of sand blows and soil horizons that previous series of very large earthquakes have occurred in the NMSZ in recent prehistory. Based on artifacts found buried by sand blow deposits and from carbon 14 studies, previous large earthquakes like those of 1811–12 appear to have happened around AD 1450 and 900, as well as around AD 300. Evidence has also been found for an apparent series of large earthquakes around 2350 BC. About southwest of the presently defined NMSZ, but close enough to be associated with the Reelfoot Rift, near Marianna, Arkansas, two sets of liquefaction features indicative of large earthquakes have been tentatively identified and dated to 3500 and 4800 BC. These features were interpreted to have been caused by groups of large earthquakes timed closely together. Dendrochronology (tree ring) studies conducted on the oldest bald cypress trees growing in Reelfoot Lake found evidence of the 1811–12 series in the form of fractures followed by rapid growth after their inundation, whereas cores taken from old bald cypress trees in the St. Francis sunklands showed slowed growth in the half century that followed 1812. These were interpreted as clear signals of the 1811–12 earthquake series in tree rings. As the tree ring record in Reelfoot Lake and the St. Francis sunk lands extend back to 1682 and 1321, respectively, Van Arsdale et al. interpret the lack of similar signals elsewhere in the chronology as evidence against large New Madrid earthquakes between those years and 1811.

1699 жылдың 25 желтоқсаны

NMSZ аймағында сезілген жер сілкінісі туралы ең алғашқы жазба Миссисипи өзенімен саяхаттап, зерттеушілер тобымен бірге жол жүрген француз миссионерінен келген. 1699 жылғы Рождество күні сағат 13:00-де, қазіргі Мемфис қаласының орнына жақын жерде, топ қысқа мерзімге жердің дірілдеуінен сескенді.

181112 жер сілкінісі сериясы

1811 жылғы 16 желтоқсан, 0815 UTC (2:15 таңғы уақыт); (M шамамен 7.5) эпицентрі солтүстік-шығыс Арканзаста, Коттонвуд Гроув жарылысында болған болуы мүмкін; Жердің жергілікті көтерілуі және су толқындарының ағысқа қарсы қозғалуы куәгерлерге Миссисипи өзені кері ағып жатқандай сезім берді. Жаңа Мадридте ағаштар құлап, өзен жағалаулары қирады. Бұл құбылыс Вашингтондағы терезелер мен жиһазды дірілдетті, Вирджиния штатының Ричмонд қаласындағы шіркеу қоңырауларын соқты, Чарльстондағы құдық суын шашыратты және үйлерді сілкіндірді, ал Колумбиядағы үйлердің гипсі түсті. Индиана штатының Джефферсон қаласында жиһаз орын ауыстырды, Огайо штатының Либанында тұрғындар үйлерінен қашып шықты. Миссури штатының Геркуланум қаласындағы куәгерлер оны "қатты" деп сипаттап, ұзақтығы 10–12 минутқа созғанын айтты. Жаңа Мадридте әр 6–10 минут сайын, барлығы 27 рет, "күндізгі сілкініс" деп аталған, біріншісімен бірдей күштіліктегі сілкініске дейін қайталап сезілді. Олардың көпшілігі АҚШ-тың шығыс бөлігінде де сезілді, бірақ бастапқы жер сілкінісінен әлсіз болды. Осы оқиғада жарылыс бойымен болған көтерілу Миссисипи өзенінде уақытша сарқырамалардың пайда болуына, ағысқа қарсы толқынның тууына және ағындарды тоғайлап, Рильфут көлінің қалыптасуына себеп болды.

Қазіргі заманғы қызмет

ХХ ғасырдағы ең үлкен NMSZ жер сілкінісі 1968 жылғы 9 қарашада Иллинойс штатының Дейл қаласы маңында болған, магнитудасы 5,4-ке тең жер сілкінісі болды. Бұл жер сілкінісі Кентукки штатының Хендерсон қаласындағы әкімшілік ғимаратқа зақым келтірді және 23 штаттан сезілді. Бостон тұрғындары ғимараттарының шайқалып тұрғанын айтты. Ол кезде бұл, Иллинойс штатының тарихында эпицентрі осы штаттың ішінде болған ең күшті жер сілкінісі еді. 2008 жылы, жақын орналасқан Уабаш аңғары сейсмикалық аймағында, эпицентрі Иллинойс штатындағы Уэст-Сейлем және Маунт-Кармел қалаларының жанында болған, сондай-ақ 5,4 магнитудалы жер сілкінісі болды. 1974 жылы аймақ пен оның төңірегінде сейсмикалық белсенділікті жақыннан бақылау үшін құралдар орнатылды. Содан бері 4000-нан астам жер сілкінісі тіркелді, олардың көп бөлігі сезілмейтіндей шағын болды. Көбінесе, жылына бір рет осы аймақта сезілетіндей жер сілкінісі болады.

Болашақта жер сілкіністерінің болуы ықтимал

2008 жылдың қарашасында ұсынылған баяндамада АҚШ Федералдық Төтенше жағдайларды басқару агенттігі NMSZ аймағындағы күшті жер сілкінісі «АҚШ-тағы табиғи апаттан туындаған ең жоғары экономикалық шығынға» алып келуі мүмкін екенін ескертеді, сондай-ақ Алабама, Арканзас, Иллинойс, Индиана, Канзас, Кентукки, Миссисипи, Миссури, Оклахома, Техас және әсіресе Теннесси штаттарында «жайылған және катастрофалық» зақымдар болады деп болжайды, онда 7,7 магнитудалы жер сілкінісі су тарату, көлік жүйелері және өзге де маңызды инфрақұрылымға әсер ететін ондаған мың ғимараттарға зақым келтіреді. Жер сілкінісі салдарынан мыңдаған адам қаза табатыны күтілуде, олардың 4000-нан астамы Мемфисте ғана болады деп күтілуде. Ірі жер сілкіністерінің қайталану мүмкіндігі және олардың сейсмикалық аймақта және оның төңірегіндегі тығыз қоныстанған қалаларға тигізетін әсері NMSZ-ді зерттеуге көптеген зерттеулерді ынталандырды. Бұрынғы жер сілкіністерін зерттеп, жердің қозғалысын және ағымдағы жер сілкінісін жақыннан бақылап, ғалымдар олардың себептерін және қайталану аралықтарын түсінуге тырысады. 2009 жылдың қазан айында Амр С. Элнашай басшылығындағы Иллинойс және Вирджиния Технологиялық институттарының зерттеушілерінен құралған, Федералдық Төтенше жағдайларды басқару агенттігі қаржылаған команда, Нью-Мадрид жарығының барлық үш сегментінің бірдей уақытта жарылып, жалпы жер сілкінісінің магнитудасы 7,7 баллға жететін сценарийді қарастырды. Баяндамада зерттелген сегіз штат – Алабама, Арканзас, Иллинойс, Индиана, Кентукки, Миссисипи, Миссури және Теннессиде елеулі зақымдар болады, ал NMSZ-ден алыс штаттарда қосымша зақымдану ықтималдығы бар екені анықталды. Теннесси, Арканзас және Миссури штаттары ең көп зардап шегеді, ал Мемфис және Сент-Луис қалалары ауыр зақымдарға ұшырайды. Баяндамада 86 000 адам зардап шегетіні, оның ішінде 3 500 адамның қаза болатыны, 715 000 ғимарат зақымдалатыны және 7,2 миллион адам үйсіз қалатыны, олардың екі миллионы, негізінен коммуналдық қызметтердің болмауына байланысты, баспана іздейтіні болжанады. Баяндамаға сәйкес, тікелей экономикалық шығын кем дегенде 300 миллиард долларды құрайды.

In a report filed in November 2008, the U. S. Federal Emergency Management Agency warns that a serious earthquake in the NMSZ could result in "the highest economic losses due to a natural disaster in the United States," further predicting "widespread and catastrophic" damage across Alabama, Arkansas, Illinois, Indiana, Kansas, Kentucky, Mississippi, Missouri, Oklahoma, Texas, and particularly Tennessee, where a 7.7 magnitude quake would cause damage to tens of thousands of structures affecting water distribution, transportation systems, and other vital infrastructure. The earthquake is expected to result in many thousands of fatalities, with more than 4,000 of the fatalities expected in Memphis alone. The potential for the recurrence of large earthquakes and their effects today on densely populated cities in and around the seismic zone has generated much research devoted to understanding the NMSZ. By studying evidence of past quakes and closely monitoring ground motion and current earthquake activity, scientists attempt to understand their causes and recurrence intervals. In October 2009, a team composed of University of Illinois and Virginia Tech researchers headed by Amr S. Elnashai, funded by the Federal Emergency Management Agency, considered a scenario where all three segments of the New Madrid fault ruptured simultaneously with a total earthquake magnitude of 7.7. The report found that there would be significant damage in the eight states studied – Alabama, Arkansas, Illinois, Indiana, Kentucky, Mississippi, Missouri, and Tennessee – with the probability of additional damage in states farther from the NMSZ. Tennessee, Arkansas, and Missouri would be most severely impacted, and Memphis and St. Louis would be severely damaged. The report estimated 86,000 casualties, including 3,500 fatalities, 715,000 damaged buildings, and 7.2 million people displaced, with two million of those seeking shelter, primarily due to the lack of utility services. Direct economic losses, according to the report, would be at least $300 billion.

Ибен Браунингтің 1990 жылғы болжамы

1989 жылдың ақпан айынан бастап, 1980 жылы Сент-Хеленс тауының жарылуын және 1989 жылы Лома-Прита жер сілкінісін болжады деп мәлімдеген, өзін-өзі климатолог деп атаған Ибен Браунинг, 1990 жылдың 1 желтоқсаны мен 5 желтоқсаны аралығында Нью-Мадрид аймағында 6,5-7,5 магнитудалы жер сілкінісі болуының 50% ықтималдығын болжады. Браунинг бұл болжамды сол кезде күтілген аса күшті күштерге және Нью-Мадрид жер сілкінісінің "кешіккенін" айтуына негіздеген секілді; алайда, сейсмологтардың көпшілігі толқындар мен жер сілкінісі арасында байланыс жоқ екенін келіседі. Бұл Сан-Андреас жарылысындағы жылдық сығу жылдамдығымен салыстырғанда өзгеше, ол Калифорния бойынша жылына шамамен жетеді. 2009 жылдың 13 наурызында USGS-тің қаржылық қолдауымен Норт-Уэстерн және Пердью университеттерінің зерттеу тобы Science және басқа да журналдарда Нью-Мадрид жүйесінің "тоқтауы" мүмкін екендігі және тектоникалық кернеудің басқа жерлерде жиналуы мүмкін екендігі туралы хабарлады. 2009 жылдың 5 қарашасында жарияланған Nature журналында Норт-Уэстерн университеті мен Миссури университетінің зерттеушілері жарылыс қозғалысының болмауына байланысты, жарылыстардағы жер сілкіністері 1811-12 жылғы жер сілкіністерінің соңғы тербелістері болуы мүмкін екенін мәлімдеді. USGS-тің мәліметінше, NMSZ-де ірі жер сілкіністерінің болу мүмкіндігі туралы жалпы консенсус бар, ал GPS деректері аймақтағы жер сілкінісі қаупін азайтуға нақты дәлел келтірмейді. Бір қызығушылық – әлі де болатын шағын жер сілкіністері уақыт өте келе азаймайды, егер олар 1811-12 жылғы оқиғалардың соңғы тербелістері болса; тағы бір қызығушылық – аймақтағы ірі жер сілкіністерінің 4500 жылдық археологиялық жазбасы 10 жылдық тікелей деформация өлшемінен маңыздырақ. USGS 2009 жылы фактілер парағын шығарды, онда алдағы 50 жыл ішінде 1811-12 жылғы жер сілкіністерінің біріне ұқсас магнитудалы Нью-Мадрид жер сілкінісінің болуының 7-10% ықтималдығы және сондай-ақ 6 магнитудалы жер сілкінісінің 25-40% ықтималдығы көрсетілді. 2014 жылдың шілдесінде USGS Нью-Мадрид айманына қатысты тәуекелді бағалауды арттырды.

Beginning in February 1989, self proclaimed climatologist Iben Browning, who claimed to have predicted the 1980 eruption of Mount St. Helens and the 1989 Loma Prieta earthquake – predicted a 50% probability of a magnitude 6.5 to 7.5 earthquake in the New Madrid area sometime between December 1 and December 5, 1990. Browning appears to have based this prediction on particularly strong tidal forces being expected during that time, and his opinion that a New Madrid earthquake was "overdue;" however, seismologists generally agree that no correlation exists between tides and earthquakes. This contrasts to the rate of slip on the San Andreas Fault, which averages up to per year across California. On March 13, 2009, a research group based out of Northwestern University and Purdue University, funded by the USGS, reported in Science and other journals that the New Madrid system may be "shutting down" and that tectonic stress may now be accumulating elsewhere. In the November 5, 2009, issue of Nature, researchers from Northwestern University and the University of Missouri said that due to the lack of fault movement, the quakes along the faults may only be aftershocks of the 1811–12 earthquakes. According to the USGS, a broad consensus exists that the possibility of major earthquakes in the NMSZ remains a concern, and that the GPS data do not provide a compelling case for lessening perceived earthquake hazards in the region. One concern is that the small earthquakes that still happen are not diminishing over time, as would be if they were aftershocks of the 1811–12 events; another is that the 4,500 year archaeological record of large earthquakes in the region is more significant than 10 years of direct strain measurement. The USGS issued a fact sheet in 2009 stating the estimate of a 7–10% chance of a New Madrid earthquake of magnitude comparable to one of the 1811–12 quakes within the next 50 years, and a 25–40% chance of a magnitude 6 earthquake in the same time frame. In July 2014, the USGS increased the risk assessment for the New Madrid area.