Ocieplenie dosłownie trzęsie Ziemią. Sejsmografy "czują" zmiany klimatu

Gdy fale oceaniczne wznoszą się i opadają, ich masa naciska na dno morza. Te uderzenia generują fale sejsmiczne, które mogą być wykrywane przez sejsmografy. Efekt jest tak powszechny, że urządzenia do wykrywania trzęsień ziemi muszą radzić sobie ze stałym "szumem tła" - ciągłym dudnieniem dochodzącym z morskiego dna.

Samo zjawisko nie jest nowe, ale nowe badanie wskazuje, że efekt stał się w ostatnich dziesięcioleciach coraz bardziej intensywny. Badacze opisali właśnie to zjawisko w nowym badaniu, opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie Nature Communications.

Zespół przeanalizował globalne dane sejsmiczne z ostatnich 40 lat. Wyniki jasno pokazują, że w badanym okresie natężenie oceanicznych wstrząsów stale rosło. To oznacza, że rosła energia fal. Ocieplające się morza i oceany są coraz bardziej wzburzone, fale coraz wyższe, a sejsmiczny "puls" coraz wyraźniejszy.

Globalne sieci sejsmografów zazwyczaj służą do monitorowania zjawisk geologicznych takich, jak trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów. Dane o tym, jak w głębokich warstwach ziemi rozchodzą się wstrząsy pozwala uczonym także tworzyć obrazy położonych nawet dziesiątki kilometrów pod powierzchnią warstw wnętrza naszej planety.

Te bardzo czułe instrumenty w sposób ciągły rejestrują ogromną różnorodność zjawisk sejsmicznych - zarówno naturalnych, jak i spowodowanych przez człowieka. Poza erupcjami wulkanów, sejsmografy rejestrują silne, w tym nuklearne eksplozje, osunięcia ziemi czy uderzenia meteorytów. W lipcu tego roku sejsmografy w amerykańskim Seattle zanotowały nawet wstrząsy wywoływane przez... fanów na koncercie Taylor Swift. Podskakująca publiczność wywołała wstrząsy o sile 2,3 stopni w skali Richtera.

Sejsmografy są w stanie także wychwytywać sygnały pochodzące z wiatru czy wody. Mogą też służyć do monitorowania aktywności całych społeczeństw. Po wprowadzeniu pandemicznych lockdownów wywołanych epidemią COVID-19, sieci sejsmograficzne na całym świecie zarejestrowały wyciszenie sygnałów sejsmicznych na całym świecie.

Najbardziej rozpowszechnionym sejsmicznym sygnałem tła jest jednak nieustanne dudnienie, wytwarzane przez sztormowe fale na oceanach, nazywane globalnym mikrosejsmem.

Fale oceaniczne generują sygnały mikrosejsmiczne na dwa różne sposoby. Najsilniejsze z tych sygnałów, znane jako mikrosejsm wtórny powstaje, gdy fale przemieszczają się przez oceany w różnych kierunkach, zakłócając się i powodując zmiany ciśnienia na dnie morskim. Sygnał ten zazwyczaj pulsuje w okresie 8-14 sekund, jednak nie jest zawsze obecny, więc trudno jest wykorzystać go do pomiaru ogólnej aktywności fal oceanicznych.

Drugie oddziaływanie nazywane jest pierwotnym procesem mikrosejsmicznym. Powodowane jest przez przemieszczające się fale oceaniczne, które ciągną i popychają morskie dno. Proces ten zachodzi tam, gdzie głębokość wody jest mniejsza, niż ok. 300 metrów, bo wpływ fal szybko maleje wraz z głębokością. Sygnał ten jest widoczny w danych sejsmicznych jako ciągły szum trwający od 14 do 20 sekund.

Badacze z Colorado State University pod kierunkiem geofizyka prof. Richarda Astera oszacowali i przeanalizowali to, jak aktywność tego sygnału zmieniała się od końca lat 80. XX wieku w 52 stanowiskach na całym świecie. Ustalili, że 41 z tych stacji (79 procent) wykazało bardzo znaczący i narastający wzrost energii fal.  Wyniki wskazują, że średnia globalna energia fal oceanicznych od końca XX wieku rosła w średnim tempie 0,27 procent rocznie. Jednakże od 2000 r. ten średni globalny wzrost wskaźnika rósł o 0,35 procent rocznie.

“Największą ogólną energię mikrosejsmów znaleźliśmy w bardzo burzliwych regionach Oceanu Południowego w pobliżu Półwyspu Antarktycznego" pisze Aster. “Wyniki te pokazują jednak, że w ostatnich dziesięcioleciach najszybciej rosła energia fal na północnym Atlantyku".

Jest to zgodne z najnowszymi badaniami sugerującymi, że intensywność sztormów na północnym Atlantyku rośnie. Rośnie też zagrożenie, jakie coraz silniejsze burze niosą dla mieszkańców wybrzeży. Przykładem jest burza Ciarán, która w listopadzie 2023 r. nawiedziła Europę. Potężne fale i silne wiatry, których prędkość przekraczała 160 km/h wywołały duże zniszczenia i doprowadziły do śmierci 21 osób.

Trwające dziesięciolecia zapisy mikrosejsmiczne pokazują również sezonowe wahania silnych zimowych burz między półkulą północną i południową. Rejestruje tłumiący fale wpływ rosnącego i kurczącego się lodu morskiego na Antarktydzie, a także wieloletnie wzrosty i spadki aktywności fal związane z cyklami El Niño i La Niña, które wywierają wpływ na fale i burze oceaniczne na całym świecie.

Klimatolodzy i oceanografowie od dawna uprzedzają, że wraz z ocieplaniem się klimatu intensywność burz i sztormów będzie rosnąć. Oceany pochłonęły około 90 procent nadmiaru ciepła związanego z rosnącą emisją gazów cieplarnianych przez człowieka. Ta dodatkowa energia przekłada się na silniejsze fale i potężniejsze burze.

“Nasze wyniki stanowią kolejne ostrzeżenie dla społeczności przybrzeżnych, gdzie rosnąca wysokość fal oceanicznych może uderzać w wybrzeża, niszczyć infrastrukturę i powodować erozję gleby" przestrzega Aster. “Skutki rosnącej energii fal dodatkowo pogłębiają negatywne konsekwencje podnoszenia się poziomu morza. Podkreślają także znaczenie łagodzenia zmiany klimatu i budowania odporności w infrastrukturze przybrzeżnej i strategiach ochrony środowiska".

Wstrząsy wywoływane przez fale nie są jedynym sposobem, na jaki globalne ocieplenie może wpływać na procesy sejsmiczne. Badacze z Jet Propulsion Laboratory NASA wykazali w 2017 r., że intensywne susze, jakie nawiedziły Kalifornię w latach 2011 - 2017 spowodowały, że góry Sierra Nevada najpierw urosły o niemal półtora centymetra, a następnie opadły, w miarę jak skały je tworzące traciły i odzyskiwały zawartą w nich wodę.

Wstrząsy mogą być też rezultatem działalności człowieka, np. intensywnego wypompowywania wód gruntowych, szczególnie nasilającego się podczas susz i fal upałów. Powoduje to opadanie gruntu, ale też wpływa na uskoki tektoniczne odpowiadające za największe trzęsienia Ziemi.