South American subduction zone processes : Visualizing the spatial relation of earthquakes and volcanism at the subduction zone

Abstract

Etelä-Amerikan alityöntövyöhyke on yksi parhaista esimerkeistä alityöntövyöhykkeistä, jossa merellinen ja mantereinen laatta liikkuvat toisiaan kohti. Lisäksi se on jakautunut useisiin lohkoihin, joissa alityöntövyöhyke käyttäytyy eri tavalla, erityisesti uppoavan laatan vajoamiskulman vaihdellessa normaalista matalaan. Tämä vaikuttaa vulkaaniseen toimintaan.

Tiedon jakaminen on muuttumassa yhä visuaalisemmaksi, siksi tämä työ keskittyy Etelä- Amerikan alityöntövyöhykkeen, sekä siellä esiintyvien maanjäristysten ja vulkaanisten prosessien visualisoimiseen. Visualisoinnin avulla suurten tietomäärien välittäminen on nopeampaa, helpommin ymmärrettävää, ja usein myös kiinnostavampaa kuin suurten tekstitiedostojen lukeminen.

Tutkimalla Etelä-Amerikan alityöntövyöhykettä on mahdollista oivaltaa uusia asioita alityöntövyöhykkeistä. Eräs erityisen kiinnostuksen kohde on tulivuorten ja maanjäristysten suhde alityöntövyöhykkeeseen, toisin sanoen: kuinka kaukana, ja millä syvyydellä hautavajoamasta ne voivat esiintyä. Python ohjelmointikielellä luotiin helposti ymmärrettäviä, kopioitavia ja muunneltavia malleja, kuvia ja animaatioita Jupyter Notebook ohjelmistolla. Maanjäristyksiä varten käytettiin USGS:ltä saatavaa tiedostoa ajalta tammikuu 1960 – joulukuu 2017, tulivuoritoimintaa varten Smithsonian laitokselta tiedostoa, joka kattaa Holoseenin. Kolme pääasiallista mallia luotiin: 1) animaatio kaikista maanjäristyksistä kronologisesti, jossa pylväsdiagrammit esittelevät niiden jakautumista joka toisella leveysasteella pylväsdiagrammin avulla ja niiden sijainti ja magnitudi näkyvät kartalla, 2) läpileikkauskuva alityöntövyöhykkeiden seismisestä rakenteesta tiettyjen leveyspiirien välillä, ja 3) staattinen kuva, jossa voidaan esitellä maanjäristysten tai tulivuoritoiminnan tiettyä erityispiirrettä ja sen jakautumista Etelä- Amerikassa kartan avulla, sekä pylväsdiagrammeilla.

Visualisoinnit osoittavat selvästi eron normaalin ja matalan alityönnön välillä, erityisesti vulkaaniseen toimintaan liittyen. Ne myös osoittavat tulivuoritoiminnan ja järistysten jakaantumisen selkeästi, tulivuoritoiminnan keskittyessä normaalin ja siirtymävaiheisen alityönnön alueilla. Järistyksiä esiintyy 0 – 650 km syvyydellä, ja 0 -1300 km etäisyyksillä hautavajoamasta. Järistysten esiintyminen suurissa syvyyksissä on edelleen keskeinen tutkimuksen aihe, sillä syvistä järistyksistä tiedetään vain vähän ja tutkimus on hankalaa. Myös alueella esiintyvät seismiset tauot (seismic gap) 300 – 500 km syvyydellä ovat tutkimusyhteisössä kiinnostava aihe. Visualisoinnit ovat tehokkaita suurten tietoaineistojen välittämisessä tavalla, jossa tieto on helposti ymmärrettävässä muodossa, ja havaintojen tekeminen on nopeaa. Tuotetut mallit sopivat hyvin jaettaviksi muulle tiedeyhteisölle ja kouluihin, erityisesti niiden helpon sovellettavuuden ja muokattavuuden vuoksi.