Onderzeese vulkaan Orca op Antarctica geteisterd door een zwerm van 85.000 aardbevingen

Carlini-basis op King George Island, waar de seismometer zich het dichtst bij de seismische zone bevindt, en Bransfield Strait. Krediet: Milton Percy Placencia Linares

In een afgelegen gebied identificeert een combinatie van geofysische methoden de beweging van magma onder de zeebodem als de oorzaak.

Zelfs voor de kust van Antarctica zijn vulkanen te vinden. De reeks van meer dan 85.000 aardbevingen in 2020 werd geregistreerd bij de al lang inactieve diepzeevulkaan Orca, een zwermaardbeving die voorheen ongeziene proporties in deze regio heeft bereikt. Het feit dat dergelijke gebeurtenissen zelfs in zulke afgelegen en daarom slecht uitgeruste gebieden tot in opmerkelijk detail kunnen worden bestudeerd en beschreven, wordt nu aangetoond door een internationaal teamonderzoek dat in het tijdschrift is gepubliceerd. Communicatie over aarde en milieu.

Onderzoekers uit Duitsland, Italië, Polen en de Verenigde Staten namen deel aan het onderzoek, dat werd geleid door Simon Siska van het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen (GFZ) Potsdam. Ze waren in staat om seismische, geodetische en teledetectietechnieken te combineren om te bepalen hoe de snelle overdracht van magma van de aardmantel nabij de aardkorst-mantelgrens bijna naar het oppervlak een zwermaardbeving veroorzaakte.

Orkavulkaan tussen het puntje van Zuid-Amerika en Antarctica

Zwermaardbevingen komen vooral voor in vulkanisch actieve gebieden. Daarom wordt vermoed dat de beweging van vloeistoffen in de aardkorst de oorzaak is. Orca Marine is een grote onderzeese schildvulkaan die ongeveer 900 meter boven de zeebodem uitsteekt en een basisdiameter heeft van ongeveer 11 kilometer. Het is gelegen in de Straat Bransfield, een oceaankanaal tussen het Antarctisch Schiereiland en de Zuidelijke Shetlandeilanden, ten zuidwesten van de zuidpunt van Argentinië.

Illustratie van het seismisch actieve gebied van Antarctica. Krediet: Cesca et al. 2022; Nature Commun Earth Environ 3, 89 (2022); doi.org/10.1038/s43247-022-00418-5 (CC BY 4.0)

In het verleden waren aardbevingen in deze regio matig. In augustus 2020 begon daar echter een intense seismische zwerm, met meer dan 85.000 aardbevingen binnen een half jaar. Het vertegenwoordigt de grootste seismische verstoring die ooit daar is geregistreerd”, meldt Simone Cesca, een wetenschapper in sectie 2.1 van Seismic and Volcanic Physics van de GFZ en hoofdauteur van de nu gepubliceerde studie. Tegelijkertijd met de zwerm, een laterale grondverschuiving van meer dan tien centimeter werd geregistreerd en een kleine stijging van ongeveer één centimeter op het naburige King George Island.

Onderzoeksuitdagingen in een afgelegen gebied

Siska bestudeerde deze gebeurtenissen met collega’s van het National Institute of Oceanography and Applied Geophysics – OGS en de University of Bologna (Italië), de Polish Academy of Sciences, de Leibniz University in Hannover, het German Aerospace Centre (DLR) en de University of Potsdam. De uitdaging was dat er in het afgelegen gebied maar weinig conventionele seismografen waren, namelijk slechts twee seismische stations en twee GNSS-stations (grondstations in JLopal nVlucht sSatellieten ssysteem, dat de verplaatsing van de aarde meet). Om de chronologie van de verstoringen en hun evolutie te reconstrueren en hun oorzaak te bepalen, analyseerde het team dus gegevens van verre seismische stations en gegevens van de InSAR-satellieten, die radarinterferometrie gebruiken om grondverplaatsing te meten. Een belangrijke stap was om de gebeurtenissen te modelleren met een aantal geofysische methoden om de gegevens correct te interpreteren.

Reconstructie van seismische gebeurtenissen

De onderzoekers dateerden het begin van de verstoringen tot 10 augustus 2020 en breidden de originele wereldwijde aardbevingscatalogus uit, die slechts 128 aardbevingen bevatte, tot meer dan 85.000 gebeurtenissen. De zwerm bereikte zijn hoogtepunt met twee grote aardbevingen op 2 oktober (Mw 5,9) en 6 november (MW 6,0) 2020 voordat hij afnam. In februari 2021 was de seismische activiteit aanzienlijk afgenomen.

Wetenschappers hebben de penetratie van magma en de migratie van een groter volume magma geïdentificeerd als de belangrijkste oorzaak van de zwermaardbeving, omdat seismische processen alleen de sterke oppervlaktevervorming op King George Island niet kunnen verklaren. De aanwezigheid van volumetrische magma-intrusie kan onafhankelijk worden bevestigd op basis van geodetische gegevens.

Beginnend bij hun oorsprong migreerden de aardbevingen eerst naar boven en vervolgens lateraal: aardbevingen in diepe clusters worden geïnterpreteerd als een reactie op verticaal magma dat zich vanuit een reservoir in de bovenmantel of bij de aardkorst-mantelgrens verspreidt, terwijl aardkorstaardbevingen zich uitstrekken naar het noordoosten en lopen bovenop een groeiende magmadam, zijdelings, die een lengte van ongeveer 20 kilometer bereikt.

De aardbevingen namen medio november abrupt af, na ongeveer drie maanden aanhoudende activiteit, wat samenviel met het optreden van de grootste in de reeks, met een kracht van 6,0 MW. Het einde van de zwerm kan worden verklaard door het drukverlies in de magmadam, dat gepaard gaat met een grote foutverschuiving, en zou de timing van de uitbarsting van de zeebodem kunnen aangeven, die echter nog niet door andere gegevens kan worden bevestigd.

Door GNSS- en InSAR-gegevens te modelleren, schatten de wetenschappers dat het Bransfield-intrusievolume van magma tussen 0,26 en 0,56 kubieke kilometer lag. Dit maakt deze aflevering ook tot de grootste rotsuitbarsting die ooit op Antarctica is waargenomen.

Conclusie

Simon Siska concludeert: “Onze studie vertegenwoordigt een succesvol nieuw onderzoek naar seismische vulkanische verstoringen op een afgelegen locatie op aarde, waar de gecombineerde toepassing van seismische, geodesie en teledetectietechnieken wordt gebruikt om aardbevingsprocessen en magmatransport in slecht uitgeruste gebieden te begrijpen. Dit is een van de weinige gevallen waarin we geofysische instrumenten kunnen gebruiken om de penetratie van magma van de bovenste mantel of de aardmantelgrens naar de ondiepe korst te volgen – een snelle overgang van magma van de mantel naar bijna het oppervlak duurt slechts een paar dagen.”

Referentie: “Massieve aardbevingszwerm aangedreven door gesmolten inbraak in Bransfield Strait, Antarctica” Door Simon Cesca, Monica Sugan, Okasz Rodzinski, Sanaz Fagidian, Peter Nimes, Simon Blanc, Jessa Petersen, Zigo Deng, Eleonora Rivalta, Alessandro Burke-Van Placencia Linares , Sebastian Hyman en Thorsten Dahme, 11 april 2022, hier beschikbaar. Communicatie over aarde en milieu.
DOI: 10.1038 / s43247-022-00418-5