Contrasting frequency-dependent seismic velocity responses in Northern Nagano and Mount Fuji regions after the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake

पृथ्वी की पपड़ी एक स्थिर, अपरिवर्तनीय खोल नहीं है; यह एक जीवित, सांस लेती प्रणाली है जो विवर्तनिक बलों (टेक्टोनिक फोर्सेस) के भार के नीचे हिलती और जमती रहती है। जब एक विशाल भूकंप आता है, तो यह केवल जमीन को हिलाता ही नहीं है; बल्कि यह ग्रह के माध्यम से ऊर्जा की एक लहर भेजता है जो स्वयं चट्टान के भौतिक गुणों को अस्थायी रूप से बदल सकती है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि भूकंपीय तरंगों के गुजरने की गति बड़े झटके के बाद बदल सकती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि तीव्र कंपन चट्टानों में दरारें डाल सकता है, सूक्ष्म छिद्रों से तरल पदार्थ बाहर निकाल सकता है, या पपड़ी को थामे रखने वाले तनाव को पुनर्गठित कर सकता है। पृथ्वी की निरंतर, निम्न-स्तरीय गड़गड़ाहट—जो समुद्री लहरों और तट से टकराने वाली हवा द्वारा उत्पन्न शोर है—को सुनकर, शोधकर्ता गति में इन सूक्ष्म बदलावों को माप सकते हैं। यह ग्रह की नब्ज टटोलने का एक तरीका है ताकि यह देखा जा सके कि वह एक झटके से कैसे उबरता है, या उबरने में विफल रहता है। इन परिवर्तनों को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकट करता है कि पृथ्वी की पपड़ी के विभिन्न भाग, विशेष रूप से ज्वालामुखियों या फॉल्ट लाइनों के पास वाले हिस्से, तनाव के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे यह संकेत मिलता है कि भविष्य की घटनाओं के लिए जमीन कहाँ सबसे अधिक संवेदनशील हो सकती है।

2011 में जापान के तट पर विनाशकारी तीव्रता वाले 9.0 परिमाण के टोहोकू-ओकी भूकंप के बाद, पूरे देश में जमीन लगातार महत्वपूर्ण आफ्टरशॉक्स और प्रेरित घटनाओं के साथ कांपती रही। इनमें उत्तरी नागानो में परिमाण 6.2 का भूकंप और माउंट फुजी के पास परिमाण 6.0 की घटना शामिल थी। शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह जांचने के लिए काम शुरू किया कि इन दो विशिष्ट क्षेत्रों में से प्रत्येक ने प्रारंभिक विशाल झटके और उसके बाद के स्थानीय भूकंपों के प्रति कैसे प्रतिक्रिया दी। उन्होंने दो विशिष्ट क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया: माउंट फुजी के पास का ज्वालामुखीय मोर्चा (वॉल्केनिक फ्रंट) और उत्तरी नागानो भूकंप के आसपास का टेक्टोनिक ज़ोन। एक ऐसी तकनीक का उपयोग करके जो पृथ्वी के निरंतर पृष्ठभूमि शोर को एक सिग्नल की तरह मानती है, उन्होंने आपदाओं के दिनों और हफ्तों के दौरान भूकंपीय तरंगों की गति में कैसे बदलाव आया, इसका मानचित्र तैयार किया। उन्होंने अलग-अलग स्थानों पर दर्ज की गई कंपन की तीव्रता और तरंग की गति में आए बदलावों की तुलना करके, यह समझने का लक्ष्य रखा कि जमीन के कुछ हिस्से दूसरों की तुलना में अधिक क्यों नरम दिखाई दिए।

अध्ययन ने एक स्पष्ट पैटर्न का खुलासा किया: दोनों क्षेत्रों में, भूकंपों के तुरंत बाद जमीन धीमी हो गई, जो पपड़ी के अस्थायी रूप से कमजोर होने का संकेत था। हालांकि, इस कमजोरी की प्रकृति दो अलग-अलग कहानियाँ बताती है। ज्वालामुखीय मोर्चे के पास, जमीन में भूकंपीय गति में भारी गिरावट देखी गई जो केवल कंपन की ताकत द्वारा अनुमानित स्तर से कहीं अधिक थी। ये क्षेत्र, जो पहले से ही गर्म और तरल पदार्थों से समृद्ध हैं, गुजरती लहरों के गतिशील तनाव के प्रति असाधारण रूप से संवेदनशील प्रतीत हुए। शोधकर्ताओं ने पाया कि ज्वालामुखीय क्षेत्रों में जमीन इतनी लचीली (compliant), या आसानी से विचलित होने वाली थी कि टोहोकू-ओकी भूकंप की दूरस्थ ऊर्जा ने भी एक स्पष्ट प्रतिक्रिया उत्पन्न की। यह सुझाव देता है कि ज्वालामुखीय क्षेत्रों में मौजूद तरल-समृद्ध, यांत्रिक रूप से ढीली चट्टान मानक पपड़ी से अलग व्यवहार करती है, और तीव्र कंपन के अधीन होने पर काफी अधिक लचीली हो जाती है।

इसके विपरीत, उत्तरी नागानो भूकंप के आसपास का क्षेत्र एक अधिक जटिल तस्वीर प्रस्तुत करता है। जबकि ज्वालामुखीय क्षेत्रों ने एक व्यापक, सुसंगत संवेदनशीलता दिखाई जो उच्च-आवृत्ति वाली तरंगों को देखने पर फीकी पड़ गई, नागानो भूकंप के पास का विसंगति (anomaly) अलग तरह से व्यवहार करती थी। उच्च आवृत्तियों पर परीक्षण किए जाने पर यह स्थानीयकृत धीमी भूकंपीय गति वाला क्षेत्र अधिक स्पष्ट और कसकर सीमित हो गया। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह विशिष्ट पैटर्न अन्य स्थानों पर देखी गई व्यापक ज्वालामुखीय संवेदनशीलता से मेल नहीं खाता था। चूंकि डेटा का समय यह अलग करने में असंभव बना दिया कि विशाल टोहोकू-ओकी भूकंप के प्रभाव को उसके बाद के स्थानीय परिमाण 6.2 की घटना से कैसे अलग किया जाए, इसलिए इस स्थानीयकृत विसंगति का सटीक मूल अनिश्चित बना हुआ है। हालांकि, इसके अद्वितीय स्थानिक वितरण और विभिन्न आवृत्तियों में इसके परिवर्तन के तरीके ने दृढ़ता से संकेत दिया कि यह विशाल दूरस्थ भूकंप के बजाय स्थानीय भूकंप के कंपन से प्रेरित था।

ये निष्कर्ष रेखांकित करते हैं कि पृथ्वी तनाव के प्रति एक समान रूप से प्रतिक्रिया नहीं देती है। जबकि ज्वालामुखीय क्षेत्र एक व्यापक, आवृत्ति-निर्भर संवेदनशीलता प्रदर्शित करते हैं जो उनकी तरल-समृद्ध प्रकृति की ओर इशारा करती है, हालिया भूकंपों के पास के टेक्टोनिक ज़ोन तीखे, स्थानीयकृत परिवर्तन दिखा सकते हैं जो एक अलग कहानी बताते हैं। अध्ययन इस निष्कर्ष पर पहुँचता है कि पृथ्वी की पपड़ी कैसे प्रमुख भूकंपीय घटनाओं के प्रति प्रतिक्रिया करती है, इसे वास्तव में समझने के लिए वैज्ञानिकों को प्रेरित स्थानीय भूकंपों के प्रभाव को ध्यान में रखना चाहिए, जो जमीन पर अपने स्वयं के विशिष्ट निशान छोड़ सकते हैं। यह देखकर कि ये परिवर्तन विभिन्न आवृत्तियों और स्थानों में कैसे भिन्न होते हैं, शोधकर्ता ज्वालामुखियों की गहरी, तरल-संचालित प्रतिक्रियाओं और फॉल्ट ज़ोन के यांत्रिक समायोजन के बीच बेहतर अंतर कर सकते हैं, जिससे यह स्पष्ट मानचित्र मिल सकता है कि हमारा ग्रह एक झटके के बाद कैसे ठीक होता है।