Metanbubblor som klämmer ur sedimentet och stiger från havsbotten utanför Washington-kusten ger viktiga ledtrådar till vad som kommer att hända under en stor jordbävning i offshore, enligt en ny studie.
Den första storskaliga analysen av dessa gasutsläpp finner mer än 1,700 bubbelpumpar, som i första hand kluster i ett nord-sydband runt 30 miles (50 kilometer) från kusten.
Analys av den underliggande geologin föreslår varför bubblorna dyker upp där: Gasen och vätskan stiger genom fel som genereras av rörelsen av geologiska plattor som producerar stora jordbävningar i Stillahavsområdet.
"Vi hittade de första metanventilerna på Washingtonmarginalen i 2009, och vi trodde att vi hade tur att hitta dem, men sedan dess har antalet just blivit exponentiellt", säger Paul Johnson, professor i oceanografi vid University of Washington och leder författare till studien i Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
"Dessa ventilationar är lite efemera," säger Johnson. "Ibland slår de av och på med tidvattnen, och de kan flytta sig lite på havsbotten. Men de tenderar att förekomma i kluster inom en radie på cirka tre fotbollsplaner. Ibland kommer du ut där och du ser en aktiv ventilator och du går tillbaka till samma plats och den är borta. De är inte tillförlitliga, som geysrarna på Yellowstone. "
Sonar bild av bubblor som stiger från havsbotten utanför Washingtons kust. Detta är från en 2014-undersökning i djupare vatten: Kolonnens botten är 1 / 3 av en mil (515 meter) djup och toppen av plummen är vid 1 / 10 av ett mil (180 meter) djup. (Kredit: Brendan Philip / U. Washington)
Öppet havsdjup
Forskare analyserade data från flera forskningskryssningar under det senaste decenniet som använder modern sonarteknik för att kartlägga havsbotten och även skapa sonarbilder av gasbubblor i det överliggande vattnet. De nya resultaten visar mer än 1,778-metanbubbelplumes som utfärdas från vatten från Washington State, grupperade i 491-kluster.
"Om du kunde gå på havsbotten från Vancouver Island till Columbia River, skulle du aldrig vara ute av en bubbelpumpe," säger Johnson.
Röda stjärnor visar platser av metanbubbelplumes utanför Washingtons kust. Den ljusgråa är den grunda kontinentalsockeln, mindre än 160 meter (175 yards) djup. Den blåa är den djupare marginalen och avgrundsplanen, djupare än 2.8 kilometer. (Kredit: Paul Johnson / U. Washington)
Sedimenten från Washington-kusten bildar sig som Juan de Fuca-oceanplattan suger under den nordamerikanska kontinentalplattan, skrapmaterial utanför havskorset. Dessa sediment värmer, deformeras och komprimeras mot den styva nordamerikanska plattan. Kompressionen tvingar ut både fluid och metangas som framträder som bubbelströmmar från havsbotten.
Bubbelkolumnerna ligger oftast vid gränsen mellan den platta kontinentalsockeln och den brant sluttande sektionen där havsbotten faller till det öppna oceanets avgrundsdjup. Denna branta förändring i lutningen är också en tektonisk gräns mellan de oceaniska och kontinentala plattorna.
"Även om det finns några metanplumes från alla djup på marginalen, ligger den stora delen av de nyligen observerade metanplumplatserna vid sjön på kontinentalsockeln, vid ca 160 meters vattendjup", säger Johnson.
Washington kusten är geologiskt komplex. Bubblorna dyker upp från en region utanför kusten ovanför där Juan de Fuca havsplatta sätter sig under den nordamerikanska kontinentalplattan. (Kredit: Paul Johnson / U. Washington)
Bra för fisk
A tidigare studie föreslog att uppvärmning av havsvatten skulle kunna frigöra fryst metan i denna region, men ytterligare analys visade att metanbubblorna utanför Pacific Northwest Coast uppstår från platser som har varit närvarande i hundratals år, och inte på grund av global uppvärmning, säger Johnson.
Istället är dessa gasutsläpp en långlivad naturlig egenskap och deras förekomst bidrar till att kontinentalsockeln är så produktiva fiskeplatser. Metan från havsbotten ger mat till bakterier som sedan producerar stora mängder bakteriel film. Detta biologiska material matar sedan en hel ekologisk kedja av livet som förbättrar fiskpopulationer i dessa vatten.
"Om du tittar online där satellittranspondrarna visar var fiskeflottan är, kan du se kluster av fiskebåtar kring dessa metanplume-hotspots", säger Johnson.
För att förstå varför metanbubblorna här förekommer använde forskare arkivgeologiska undersökningar som olje- och gasföretag utförde i 1970 och 1980. Undersökningarna, som nu är allmänt tillgängliga, visar felzoner i sedimentet där gasen och vätskan migrerar uppåt tills de kommer från havsbotten.
"Seismiska undersökningar över områdena med metanutsläpp indikerar att kontinentalsockeln kolliderar västerut under en stor megathrust eller magnitude-9, jordbävning", säger Johnson. "Fel vid denna tektoniska gräns ger de permeabla vägarna för metangas och varmvätska att fly från djupt inuti sedimenten."
Placeringen av dessa fel kan potentiellt ge en ny förståelse för jordbävningsrisken från Cascadia Subduction Zone, som senast brutit mer än 300 år sedan.
Om havsbevakningen under jordbävningen av subduktionszon inträffar närmare kusten, och en viktig del av denna rörelse sker inom det grundare vattnet, skulle det generera en mindre tsunami än om sjöflödet var helt i djupt vatten.
"Om vår hypotes verkar vara sant, har det stora konsekvenser för hur denna subduktionszon fungerar," säger Johnson.
Ytterligare medförfattare är från University of Washington och Oregon State University. National Science Foundation finansierade arbetet.
källa: University of Washington
