В статье, недавно опубликованной в Nature Communications, геолог Майкл Штрассер представил первоначальные результаты месячной исследовательской экспедиции у берегов Японии. Исследовательская инициатива была организована в марте 2012 года MARUM - Центром морских наук об окружающей среде. Штрассер, который до 2015 года был доцентом кафедры динамики отложений в ETH Zurich, а сейчас является профессором геологии отложений в Университете Инсбрука, пригласил туда международную команду для изучения динамических процессов ремобилизации отложений, вызванных сейсмической активностью.
На глубине 7 542 метра ниже уровня моря команда взяла образец керна из Японского желоба, океанического желоба длиной 800 км в северо-западной части Тихого океана. Траншея, которая является сейсмически активной, была эпицентром землетрясения Тохоку в 2011 году, которое попало в заголовки газет, когда оно вызвало ядерный взрыв на Фукусиме. Такие землетрясения смывают огромное количество органического вещества с мелководья в более глубокие воды. Таким образом, полученные слои отложений можно использовать позже для сбора информации об истории землетрясений и углеродном цикле в глубоком океане.
Новые методы знакомств в океанских глубинах
Нынешнее исследование дало исследователям прорыв. Они проанализировали богатые углеродом отложения с помощью радиоуглеродного датирования. Этот метод - измерение количества органического углерода, а также радиоактивного углерода (14С) в минерализованных соединениях - долгое время был средством определения возраста отдельных слоев отложений. Однако до сих пор не было возможности проанализировать пробы с глубины более 5000 метров под поверхностью, поскольку минерализованные соединения растворяются при повышенном давлении воды.
Поэтому Штрассеру и его команде пришлось использовать новые методы анализа. Одним из них был так называемый онлайн-метод газового радиоуглерода, разработанный докторантом ETH Руи Бао и группой биогеофизических исследований в ETH Zurich. Это значительно повышает эффективность, поскольку требуется всего один образец керна, чтобы сделать более ста измерений возраста 14C непосредственно в органическом веществе, содержащемся в отложениях..
Кроме того, исследователи впервые применили метод измерения Ramped PyrOx (пиролиз) для датирования слоев глубоководных отложений океана. Это было сделано в сотрудничестве с Океанографическим институтом Вудс-Хоул (США), который разработал метод. Процесс включает сжигание органических веществ при различных температурах. Поскольку более старое органическое вещество содержит более сильные химические связи, для его сжигания требуются более высокие температуры. Что делает этот метод новым, так это то, что относительная возрастная вариация отдельных фракций температуры между двумя образцами очень точно различает возрастную разницу между уровнями отложений в глубоком море.
Датирование землетрясений для повышения точности прогнозов
Благодаря этим двум инновационным методам исследователи смогли определить относительный возраст органического вещества в отдельных слоях отложений с высокой степенью точности. Образец керна, который они протестировали, содержал более старое органическое вещество в трех местах, а также более высокие темпы экспорта углерода в глубины океана. Эти места соответствуют трем исторически задокументированным, но до сих пор неточно датированным сейсмическим событиям в Японском желобе: землетрясению Тохоку в 2011 году, безымянному землетрясению в 1454 году и землетрясению Санрику в 869 году.
В настоящее время Штрассер работает над крупномасштабной геологической картой происхождения и частоты отложений в глубоководных желобах. Для этого он анализирует несколько образцов керна, взятых во время последующей экспедиции в Японскую впадину в 2016 году.«Выявление и датировка тектонически вызванных отложений отложений также важны для будущих прогнозов вероятности землетрясений», - говорит Штрассер. «С нашими новыми методами мы можем предсказывать повторяемость землетрясений с гораздо большей точностью».