Máy chụp ảnh địa chấn theo sau tàu nghiên cứu trong cuộc khảo sát vùng hút chìm Hikurangi ở New Zealand. Một cuộc khảo sát do Viện Địa vật lý Đại học Texas thực hiện đã tìm thấy sự hiện diện của một hồ chứa nước khổng lồ và cổ xưa bị chôn vùi hàng dặm dưới đáy biển. Nhà cung cấp hình ảnh: Viện Vật lý Địa cầu Đại học Texas/Adrian Arnulf

Một hồ chứa nước lớn được phát hiện dưới đáy đại dương gần New Zealand có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế của các trận động đất trượt chậm và hoạt động kiến ​​tạo.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra lượng nước biển tương đương bị mắc kẹt trong trầm tích và đá ở một cao nguyên núi lửa đã mất hiện nằm sâu trong lớp vỏ Trái đất. Một hình ảnh địa chấn 3D cho thấy vùng nước này nằm cách đáy đại dương 2 dặm ngoài khơi bờ biển New Zealand, nơi nó có khả năng đệm cho một đứt gãy động đất lớn đối diện với Đảo Bắc của nước này.

Động đất chậm và nước

Đứt gãy được biết là tạo ra các trận động đất di chuyển chậm, được gọi là hiện tượng trượt chậm. Những thứ này có thể giải phóng áp lực kiến ​​​​tạo bị dồn nén một cách vô hại trong nhiều ngày và nhiều tuần. Các nhà khoa học muốn biết tại sao chúng xảy ra thường xuyên hơn ở một số khiếm khuyết so với những khiếm khuyết khác.

Nhiều trận động đất trượt chậm được cho là có liên quan đến nước bị chôn vùi. Tuy nhiên, cho đến nay không có bằng chứng địa chất trực tiếp nào cho thấy sự tồn tại của một hồ chứa nước lớn như vậy ở vết nứt đặc biệt ở New Zealand này.

Cao nguyên Hikurangi là tàn tích của một loạt vụ phun trào núi lửa hoành tráng bắt đầu từ 125 triệu năm trước ở Thái Bình Dương. Một cuộc khảo sát địa chấn gần đây (hình chữ nhật màu đỏ) do Viện Vật lý địa cầu thuộc Đại học Texas thực hiện đã chụp lại hình ảnh cao nguyên khi nó chìm vào đới hút chìm Hikurangi ở New Zealand (đường màu đỏ). Tín dụng: Andrew Gas

Tác giả chính Andrew Ghez, người thực hiện nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi chưa thể nhìn đủ sâu để biết chính xác tác động của đứt gãy này là gì, nhưng chúng tôi có thể thấy lượng nước chảy ở đây cao hơn nhiều so với bình thường”. Làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Vật lý Địa cầu của Đại học Texas (UTIG).

Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Sự tiến bộ của khoa học Nó dựa trên các cuộc thám hiểm địa chấn và hoạt động khoan đại dương khoa học do các nhà nghiên cứu từ UTIG dẫn đầu.

Tìm kiếm sự hiểu biết sâu sắc hơn

Gase, hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Western Washington, đang kêu gọi khoan sâu hơn để tìm nơi nước kết thúc để các nhà nghiên cứu có thể xác định liệu nó có ảnh hưởng đến áp suất xung quanh vết nứt hay không – một thông tin quan trọng có thể dẫn đến sự hiểu biết chính xác hơn. Ông nói về những trận động đất lớn.

Tài sản bể nước

Địa điểm nơi các nhà nghiên cứu tìm thấy nước là một phần của tỉnh núi lửa rộng lớn được hình thành khi đám mây dung nham có kích thước bằng Hoa Kỳ chọc thủng bề mặt Trái đất ở Thái Bình Dương 125 triệu năm trước. Sự kiện này là một trong những vụ phun trào núi lửa lớn nhất được biết đến trên Trái đất và kéo dài vài triệu năm.

Gaz đã sử dụng phương pháp quét địa chấn để xây dựng hình ảnh 3D về cao nguyên núi lửa cổ đại, nơi ông nhìn thấy những trầm tích dày, nhiều lớp bao quanh những ngọn núi lửa bị chôn vùi. Các cộng tác viên của ông tại UTIG đã tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trên các mẫu đá núi lửa và phát hiện ra rằng nước chiếm gần một nửa thể tích của nó.

Hình ảnh địa chấn của Cao nguyên Hikurangi tiết lộ chi tiết về bên trong Trái đất và những gì nó bao gồm. Lớp màu xanh lam bên dưới đường màu vàng cho thấy nước bị chôn vùi trong đá. Các nhà nghiên cứu tại Viện Địa vật lý Đại học Texas tin rằng nước có thể làm giảm động đất ở vùng hút chìm Hikurangi gần đó. Tín dụng: Andrew Gas

Ông nói: “Lớp vỏ đại dương bình thường, khi nó được khoảng 7 hoặc 10 triệu năm tuổi, sẽ chứa ít nước hơn rất nhiều. Lớp vỏ đại dương trong các cuộc khảo sát địa chấn già hơn gấp 10 lần nhưng vẫn ẩm ướt hơn nhiều.

Gaz suy đoán rằng các vùng biển nông nơi xảy ra vụ phun trào đã xói mòn một số núi lửa thành những tảng đá xốp, nứt nẻ, chứa nước giống như tầng chứa nước trong quá trình chôn cất. Theo thời gian, những tảng đá và những mảnh vỡ của chúng biến thành bùn, giữ nhiều nước hơn.

Ý nghĩa của việc hiểu động đất

Phát hiện này rất quan trọng vì các nhà khoa học tin rằng áp suất nước ngầm có thể là yếu tố chính tạo ra điều kiện giải phóng áp lực kiến ​​tạo thông qua các trận động đất trượt chậm. Điều này thường xảy ra khi các trầm tích giàu nước bị chôn vùi cùng với đứt gãy, giữ nước dưới lòng đất. Tuy nhiên, Rift New Zealand chứa rất ít trầm tích đại dương điển hình như vậy. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu tin rằng những ngọn núi lửa cổ xưa và đá biến chất – nay là đất sét – đã mang một lượng lớn nước xuống khi vết nứt nuốt chửng chúng.

Giám đốc UTIG Demian Saffer, đồng tác giả của nghiên cứu và đồng trưởng nhóm khoa học của sứ mệnh khoan khoa học, cho biết kết quả cho thấy các đứt gãy động đất khác trên khắp thế giới có thể rơi vào tình huống tương tự.

“Đó là một ví dụ thực sự rõ ràng về mối quan hệ giữa chất lỏng và cách di chuyển của đứt gãy kiến ​​tạo – bao gồm cả diễn biến của động đất,” ông nói. “Đây là điều mà chúng tôi đã đưa ra giả thuyết từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và được dự đoán bằng một số mô phỏng máy tính, nhưng có rất ít thí nghiệm thực địa rõ ràng để kiểm tra điều này ở quy mô của các mảng kiến ​​tạo.”

Tham khảo: “Lũ lụt của lớp vỏ trên giàu núi lửa cung cấp chất lỏng cho lực đẩy nông và trượt chậm” của Andrew C. Gas, Nathan L. Bangs, Demian M. Safar, Shushu Han, Peter K. Miller, Rebecca E. Bell, Ryota Arai, Stuart A. Henrys, Shuichi Kodaira, Richard Davey, Laura Fram và Daniel H.N. Parker, ngày 16 tháng 8 năm 2023, Sự tiến bộ của khoa học.
doi: 10.1126/sciadv.adh0150

Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ và các cơ quan nghiên cứu khoa học của New Zealand, Nhật Bản và Vương quốc Anh.