Nicel araştırma makalesi incelemesi
DOI: 10.3389/feart.2020.579846Güney Calabria (İtalya) Büyük Depremlerinin Bölgesel Jeodinamik Bağlam Açısından İncelenmesi
Güney Calabria, Orta Akdeniz'in en aktif sismotektonik kuşağında yer alması sebebiyle tarihsel ve aletsel dönemde çok sayıda yıkıcı depreme sahne olmuştur.
Makalenin anahtar kelimeleri
- Yazar
- Giancarlo Neri et al.
- Yayın
- Tarih
- 2020
Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği
Güney Calabria, Orta Akdeniz'in ve İtalya'nın sismik açıdan en hareketli bölgelerinden biri olup tarihsel süreçte yıkıcı depremlere sahne olmuştur. Apennin kuşağı boyunca gözlemlenen sığ sismisite genelde yüksek yatay genleşme gerilim oranları ile ilişkilendirilirken, Güney Calabria segmentinde durum belirgin bir tezat sergilemektedir. Bölgedeki sığ normal fay depremlerinin varlığına karşılık Jeodezik GPS ölçümleri son derece düşük yatay gerilim oranlarına işaret etmektedir. Bu durum, bölgenin tektonik ve geodinamik evriminin klasik normal faylanma modelleriyle tek başına açıklanamayacağını göstermekte ve alt litosferik süreçler ile üst kabuk deformasyonları arasındaki etkileşimin yeniden değerlendirilmesini zorunlu kılmaktadır.
Bu çalışmanın temel amacı, Güney Calabria'daki tarihsel ve aletsel dönem sismisite verilerini mevcut jeodezik veri setleri ve geodinamik modeller ile entegre ederek bölgedeki deprem üreten mekanizmaları bütüncül bir yaklaşımla açıklamaktır. Araştırmada 1600 yılından günümüze kadar gerçekleşen M >= 6.5 büyüklüğündeki tarihsel depremler ile 2005-2020 yılları arasında INGV ağları tarafından kaydedilen aletsel sismisite verileri incelenmiştir. Hiposantr konumlandırmaları Simulps ve Bayloc algoritmalarıyla 3B lokal hız modelleri kullanılarak yenilenmiş, jeodezik yatay gerilim oranları ve dikey yer değiştirme verileri literatürdeki GPS zaman serilerinden derlenerek mekansal olarak karşılaştırılmıştır.
Analiz sonuçları, Güney Calabria'da sığ normal faylanmaya bağlanan güçlü sismisiteye rağmen yatay genleşme gerilim oranının 0-15 nanostrain/yıl gibi oldukça düşük değerlerde kaldığını ortaya koymuştur. Buna karşılık, Orta İtalya'dan Kuzey Calabria'ya uzanan Apennin hattında bu değerler 35-55 nanostrain/yıl seviyesindedir. Jeodezik dikey hareket verileri ise Doğu ve Batı Calabria arasında belirgin bir farklılaşma göstererek doğu kesimin yılda 1-2 mm yükseldiğini doğrulamaktadır. Ayrıca sismik dalma-batma arayüzünde (CSI) sığ kilitlenme sismisitesinin bulunmadığı, depremlerin üst levhada sığ derinliklerde ve batan İyon litosferik diliminin iç kısımlarında yoğunlaştığı saptanmıştır.
Yazarlar elde edilen bulguları, Afrika-Avrupa KKB yönlü levha yakınlaşması ile İyon litosferik diliminin GD yönlü geri yuvarlanmasının eşzamanlı etki gösterdiği bir bölgesel geodinamik model içerisinde yorumlamaktadır. Zıt yönlü bu iki mekanizma, İyon ve Tiren-Calabria birimleri arasında düşük bir kilitlenme senaryosu yaratarak yatay gerilim oranlarını baskılamaktadır. Bölgedeki sığ normal fay depremlerinin, batan dilimin üst bükülme bölgesindeki ağırlığa bağlı aşağı doğru çekilme ve kırılmalarından kaynaklanan Coulomb stres değişimleri ile yüzeydeki dikey blok hareketlerinin birleşik etkisiyle tetiklendiği sonuçuna varılmıştır. Bu çalışma, sismik tehlike değerlendirmelerinde yalnız yüzey faylanmalarına değil derin jeodinamik süreçlere de odaklanılması gerektiğini göstermektedir.
Araştırmanın amacı
Çalışmanın amacı, Güney Calabria'nın tarihsel ve son onlarca yılda kaydedilmiş aletsel sismisitesini literatürdeki GPS jeodezik verileriyle karşılaştırarak bölgesel jeodinamik model çerçevesinde bütüncül bir deprem üreten mekanizma açıklaması sunmaktır(Neri et al., 2020).
İnceleme ve modelleme yöntemi
Sismotektonik analizleri jeodezik veri setleriyle entegre ederek, Güney Calabria'daki sığ sismisiteyi derin jeodinamik ve dikey kinematik süreçlerle açıklayan ampirik, sayısal ve karşılaştırmalı bir yaklaşım(Neri et al., 2020).
Kuramsal ve kavramsal çerçeve
Araştırma, Afrika-Avrupa KKB yönlü levha yakınlaşması ile İyon litosferik diliminin GD yönlü yerçekimi kökenli geri yuvarlanmasının (rollback) eşzamanlı varlığını kabul eden jeodinamik model üzerine kurgulanmıştır. Düşük kilitlenme/kenetlenme (low coupling) senaryosu ve litosferik bükülme gerilmeleri temel kuramsal çerçeveyi oluşturmaktadır.
Makalenin ele aldığı literatür
Çalışma; Calabria Yayındaki sismik katalog verilerini (CPTI15), GPS tabanlı yatay gerilim ve dikey hareket ölçümlerini (Palano 2015, Serpelloni et al. 2013), dalma-batma arayüzü kilitlenme modellerini (Carafa et al. 2017, Maesano et al. 2017) ve 1905 ile 1908 depremlerine ilişkin sismotektonik kaynak modellerini (Presti et al. 2017, Amoruso et al. 2002) kapsamlı biçimde ele almaktadır.
Araştırma Tasarımı
- Evren veya inceleme alanı
- Güney Calabria bölgesi sismolojik ve jeodezik gözlem istasyonları verileri
- Örneklem veya araştırma materyali
- 1600 yılından itibaren CPTI15 kataloğundaki sığ ve kuvvetli deprem kayıtları ile 1994-2013 yılları arası GNSS/GPS jeodezik yer değiştirme verileri.
- Veri toplama süreci
- INGV sismik bülteni, CPTI15 tarihsel deprem kataloğu ve literatürdeki güncel GPS konum zaman serileri kullanılarak veriler toplanmıştır.
- Veri analiz yöntemi
- Kostrov formülasyonu ile sismik gerilim hızı hesaplanmış; Simulps ve Bayloc yöntemleriyle hiposantr konumlandırması yapılmış ve GPS tabanlı yatay/dikey yer değiştirme hızları haritalandırılmıştır.
Araştırmanın Bulguları
Güney Calabria'daki sığ ve güçlü normal faylanma sismisitesi, yaygın inanışın aksine, oldukça düşük jeodezik yatay gerinim hızı (0-15 nanostrain/yıl) değerlerine sahip alanlarla çakışmaktadır(Neri et al., 2020).
Bölgedeki sığ sismisitenin aksine, İyon dalma-batma diliminin üst sınırında veya dalma-batma arayüzeyinde (coupling interface) belirgin bir sismik aktivite bulunmamaktadır ve bu durum zayıf kenetlenmeye işaret eder(Neri et al., 2020).
Güney Calabria boyunca doğudan batıya doğru belirgin dikey yer değiştirme oranları gözlenmekte olup, doğu kesim batıya kıyasla yıllık 1-2 mm hızla yükselmektedir(Neri et al., 2020).
Afrika-Avrupa levha yakınsaması ile İyon dalma-batma diliminin güneydoğu yönlü geri çekilmesinin (rollback) eğik ve zıt yönlü etkileşimi, bölgedeki düşük yatay gerinim hızlarını ve zayıf kenetlenmeyi açıklar(Neri et al., 2020).
İyon dalma-batma diliminin üst bükülme bölgesindeki derin sismik kırılmalar ve gerilmeler, üstteki Tiren-Calabria levhasındaki sığ normal fayları tetikleyerek sığ sismisiteyi sarsmaktadır(Neri et al., 2020).
Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu
Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı
Bölgeden elde edilen sismolojik ve jeodezik veriler, Güney Calabria'da sığ derinliklerde yoğunlaşan güçlü normal fay sismisitesinin, beklenenin aksine oldukça düşük yatay jeodezik gerinim hızı alanlarında gerçekleştiğini göstermektedir. Bu sismik paradoks, orta ve kuzey Apennin segmentlerindeki sismisite-gerinim ilişkisinden tamamen farklı olup, yerel jeodinamik mekanizmaların incelenmesini gerektirmektedir.
Yazarlar bu durumu açıklamak amacıyla, Afrika-Avrupa arasındaki kuzey-kuzeybatı yönlü levha yakınsaması ile İyon dalma-batma diliminin güneydoğu yönlü geri çekilme (rollback) hareketinin bölgede bir arada var olduğunu belirtmektedir. Bu iki zıt hareketin yarattığı sönümleme etkisi, yüzeydeki yatay gerinimi azaltmakta ve dalma-batma arayüzeyinde düşük kenetlenme (low coupling) senaryosuna yol açmaktadır.
Tartışma kısmında, sığ sismisitenin derin kökenli jeodinamik kararsızlıklar ile ilişkisi ele alınmaktadır; İyon diliminin üst bükülme bölgesinde (slab bending zone) meydana gelen deformasyon ve yırtılmaların, üstteki levhada bulunan normal faylarda Coulomb gerilmesi değişimine yol açtığı ve depremleri tetiklediği gösterilmiştir. Bu bulgular, geçmiş çalışmalarda savunulan tek düze genişleme modellerine kıyasla daha bütüncül bir bakış açısı sunmaktadır.
Sonuç olarak, Güney Calabria'daki sismik tehlikenin anlaşılmasında yalnızca yatay kabuk hareketlerinin değil, aynı zamanda derin dalma-batma dinamikleri og dikey yer değiştirme hızlarının da hesaba katılması gerektiği vurgulanmaktadır. Bu durum, gelecekteki sismotektonik ve deprem tehlike analizi çalışmalarında derinlik ve dikey hareket bileşenlerinin entegre edilmesi gerektiğine işaret etmektedir.
Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması
Yazarlar, Güney Calabria'da saptadıkları 0-15 nanostrain/yıl değerindeki oldukça düşük yatay gerinim hızı bulgularını Palano (2015) tarafından GPS verileriyle ortaya konan bölgesel gerinim alanları ile karşılaştırmaktadır. Bu karşılaştırma, Apennin hattının geri kalanındaki 35-55 nanostrain/yıl düzeyindeki yüksek genişleme hızlarına kıyasla bölgedeki anomalik sakinliği ve zıtlığı doğrulamaktadır(Neri et al., 2020).
Çalışmada elde edilen sismik arayüzeydeki sismisite yokluğu bulgusu, Hsu (2001) tarafından öne sürülen ve dalma-batma zonlarında levha kenetlenmesinin zamanla zayıflayabileceğini belirten düşük kenetlenme (weak coupling) modeliyle ilişkilendirilmiştir. Bu durum, bölgedeki levha hareketlerinin sismik olmayan kaymalarla (creep) veya geri çekilme dengelenmesiyle sönümlendiğini gösterir(Neri et al., 2020).
Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar
Güney Calabria'daki sığ normal fay depremleri, tek başına yatay gerinim birikimiyle değil; İyon dalma-batma diliminin yerçekimsel çekiminden kaynaklanan derin kararsızlıklar ile yeryüzünde gözlenen belirgin dikey blok hareketlerinin ortak etkisiyle tetiklenmektedir. Levha yakınsaması ve geri çekilme (rollback) süreçlerinin zıt yönlü dengesi bölgede zayıf bir kenetlenmeye yol açarak sığ sismik aktivitenin karmaşık dikey dinamiklerle gelişimini açıklamaktadır(Neri et al., 2020).
Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve
Bu çalışma, Orta Akdeniz'deki sismotektonik modellerde uzun süredir devam eden önemli bir paradoksu çözüme kavuşturmaktadır. Geleneksel yaklaşımlar, yüksek miktardaki sığ normal fay depremlerini doğrudan yüksek orandaki yatay kabuk genleşmesiyle ilişkilendirme eğilimindeyken, makale Güney Calabria'da çok düşük yatay gerinim hızlarına karşılık oldukça yüksek bir sismik aktivitenin bulunduğunu somut verilerle ortaya koymaktadır. Afrika-Avrupa levha yakınşaması ile İyon litosferik diliminin geri çekilme hareketinin birlikte yarattığı sönümleme etkisini ve zayıf kenetlenme durumunu açıklayarak, sismotektonik literatüre bütüncül ve derinlik odaklı yeni bir bakış açısı kazandırmaktadır.
Çalışma, sismisite ve gerinim dağılımını tek yönlü genleşme modelleriyle açıklayan önceki klasik yaklaşımlardan belirgin biçimde ayrılmaktadır. Palano (2015) ve Serpelloni ve arkadaşlarının (2013) sunduğu GPS verilerini yeniden değerlendiren yazarlar, yatay gerinim ile dikey hareket bileşenlerini birleştirmiştir. Ayrıca Presti ve arkadaşlarının (2017, 2019) derin sismisite ve alt dalma-batma dilimi yırtılmalarına dair bulgularını üst kabuk sismisitesine bağlayarak, tektonik literatürdeki yüzeysel fay mekanizması anlayışını alt litosferik dinamiklerle genişletmiş ve sentezlemiştir.
Literatür taraması yapan araştırmacılar için bu eser, deprem tehlike analizi ve sismotektonik modellemede tek başına yatay kabuk deformasyon hızı verilerine dayanmanın yetersiz kalacağını açıkça kanıtlayan temel bir başvuru kaynağıdır. Taramalarda, dalma-batma sistemlerindeki zayıf kenetlenme (low coupling) senaryolarının sığ faylar üzerindeki Coulomb gerilimi değişimleriyle nasıl etkileşime girdiğini açıklamak için kuramsal bir dayanak sağlar. Böylece bölgesel tektonik incelemelerde dikey hareketler ve derin dilim mekaniklerinin analize dahil edilmesi gerektiğini gösterir.
Kaynakça
- Palano, M. (2015). On the present-day crustal stress, strain-rate fields and mantle anisotropy pattern of Italy. Geophysical Journal International, 200(2), 969–985. https://doi.org/10.1093/gji/ggu451
- Hsu, S. K. (2001). Lithospheric structure, buoyancy and coupling across the southernmost Ryukyu subduction zone: an example of decreasing plate coupling. Earth and Planetary Science Letters, 186(3-4), 471–478. https://doi.org/10.1016/s0012-821x(01)00261-8
Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım
Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.
Tez veya makalede kullanım · Literatür Taraması
Aktif sismik bölgelerde sığ normal faylanma sismisitesi her zaman yüksek yatay jeodezik gerinim hızıyla doğrudan ilişkili olmak zorunda değildir.
Yazar bu kaynağı kullanarak, jeodezik yatay deformasyon hızının düşük olduğu alanlarda da yıkıcı depremlerin gerçekleşebileceğini ve gerinim-sismisite ilişkisinin tekdüze olmadığını temellendirebilir(Neri et al., 2020).
Karmaşık Dalma-Batma Bölgelerinde Jeodezik Gerinim ve Sismisite Dağılımının Sayısal Modellenmesi
- Araştırma sorusu
- Afrika-Avrupa levha yakınşaması ile İyon dilimi geri çekilmesinin sönümleyici etkisi Sonlu Elemanlar Modellemesi ile nicel olarak nasıl doğrulanabilir?
- Yöntem taslağı
- Güney Calabria ve civarındaki litosferik yapı 3D katı mekanik ağ örgüsüyle modellenir. Girdi olarak GPS verileri ve fay düzlemi çözümleri kullanılır; gerilim dağılımı viskoelastik analizyaklaşımıyla hesaplanır. Örneklem büyüklüğü güç analizi ile belirlenir.
Makaleyle bağlantısı: Makalenin sonuç bölümünde yazarlar, sundukları karmaşık etkileşim modelinin nicel olarak doğrulanması için gelecek adım olarak Sonlu Elemanlar Modellemesini (FEM) işaret etmiştir(Neri et al., 2020).
Tez veya makalede kullanım · Kuramsal Çerçeve
Levha yakınşaması ile dalma-batma diliminin geri çekilme hareketi arasındaki eğik ve zıt etkileşimler zayıf kenetlenmeye ve düşük yatay gerinime yol açabilir.
Karmaşık tektonik rejimlerde iki farklı levha hareketinin sönümleyici etkisini ve bunun üst kabuk deformasyonlarına yansımasını kuramsal modelleştirmede destekleyici kanıt olarak kullanabilir(Neri et al., 2020).
Deniz Tabanı Jeodezik Ölçümleri (GNSS-A) ile İyon Dalma-Batma Arayüzey Kenetlenmesinin Belirlenmesi
- Araştırma sorusu
- İyon Denizi offshore alanındaki deniz tabanı dikey ve yatay hareketleri, sismik sessizlik gösteren dalma-batma arayüzeyinde kilitlenme mi yoksa kayma (creep) mı olduğunu nasıl ortaya koyar?
- Yöntem taslağı
- Akdeniz offshore alanına kurulacak GNSS-Acoustic deniz tabanı istasyonlarından 3 yıllık zaman serisi verileri toplanır. Veriler evrensel jeodezik katı dönüştürme ve InSAR verileriyle birleştirilerek arayüzey kenetlenme katsayısı hesaplanır.
Makaleyle bağlantısı: Makalede, karadaki GPS verilerinin denizel alandaki kilitlenme durumunu tam açıklayamadığı ve offshore jeodezik gözlemlerinin eksikliği açık sınırlama ve ihtiyaç olarak vurgulanmıştır(Neri et al., 2020).
Tez veya makalede kullanım · Tartışma
Derin dalma-batma dilimlerindeki yerçekimsel kararsızlıklar ve yırtılmalar üstteki levhada yer alan sığ faylarda Coulomb gerilimi değişimleri yaratarak depremleri tetikleyebilir.
Kendi alan çalışmasında sığ fay depremlerinin derin kökenli mekanizmalarla olan bağını tartışırken yazarların Coulomb gerilmesi aktarımı ve bükülme kararsızlığı önermelerine başvurabilir(Neri et al., 2020).
Derin Dalma-Batma Dilimi Yırtılmalarının Sığ Fay Sistemleri Üzerindeki Coulomb Gerilmesi Değişimlerinin İncelenmesi
- Araştırma sorusu
- Derin odaklı depremlerin üst kabuktaki aktif normal faylarda yarattığı Coulomb gerilmesi transferi sığ sismisite oranlarını ne derecede etkilemektedir?
- Yöntem taslağı
- Son 30 yılda kaydedilen orta ve derin odaklı deprem odak mekanizmaları kullanılarak 3B Coulomb gerilmesi değişim haritaları üretilir. Sığ deprem kataloglarındaki zaman-mekan kümelenmesi istatistiksel Poisson süreciyle test edilir.
Makaleyle bağlantısı: Makalede 1905 derin depreminin 1908 sığ Messina depremi üzerindeki tetikleyici Coulomb gerilmesi etkisi bulgusundan türetilmiştir(Neri et al., 2020).