استخدم العلماء النمذجة الفيزيائية لإعادة بناء تاريخ النشاط الزلزالي على مدى آلاف السنين الماضية، ووجدوا أن العديد من الصدوع المهمة في جنوب كاليفورنيا تتراكم حاليًا ضغوطًا تكتونية عالية بشكل غير طبيعي. وتتركز هذه الطاقة بشكل رئيسي على طول صدع سان أندرياس وصدع سان جاسينتو، اللذين يتحملان معًا الحركة النسبية بين صفيحة المحيط الهادئ وصفيحة أمريكا الشمالية. في ممر كاجون، شمال شرق لوس أنجلوس، يتقارب صدعان في تقاطع تكتوني معقد جذب انتباه علماء الزلازل منذ فترة طويلة لأن التشققات في أحد الصدع يمكن أن "تعبر" إلى الآخر.
لم تشهد منطقة لوس أنجلوس زلزالًا كبيرًا بنفس القوة منذ زلزال فورت تيجون الذي بلغت قوته 7.9 درجة في عام 1857، لكن الضغط في القشرة العميقة يستمر في التزايد ببطء. هذه الفترة الطويلة من "الهدوء النسبي" لا تعني الأمان في نظر الباحثين، ولكنها إشارة إلى ارتفاع المخاطر المحتملة. قادت أحدث الأبحاث الدكتورة ليليانا بوركهارد من قسم أبحاث الفضاء وعلوم الكواكب في معهد الفيزياء بجامعة برن، وتم الانتهاء منها بالتعاون مع مؤسسات مثل جامعة هاواي في مانوا، ومركز المسح الجيولوجي الأمريكي في باسادينا لعلوم الزلازل، ومعهد سكريبس لعلوم المحيطات في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو.
وقام الفريق ببناء نموذج فيزيائي لدورة الزلازل "رباعي الأبعاد" لمحاكاة تطور الصدوع في المكان والزمان ثلاثي الأبعاد، وإدخال سلسلة من أحداث الزلازل على مدار حوالي ألف عام في النموذج. يأتي هذا السجل التاريخي من مجموعة متنوعة من الأدلة الجيولوجية والبيئية، بما في ذلك التأريخ بالكربون المشع، والشذوذ في حلقات الأشجار، وسجلات التمزق السطحي التاريخية، وذلك لاستعادة وقت وحجم الزلازل الكبيرة قدر الإمكان. يتتبع النموذج على التوالي التغيرات في توزيع الضغط لأجزاء الصدع المجاورة الناتجة عن كل زلزال، ويسجل التراكم المستمر للضغط خلال فترات الزلزال، ويحاكي عملية الاسترخاء البطيئة في الأجزاء العميقة من القشرة الأرضية بعد زلزال كبير.
تظهر نتائج النمذجة أن الضغط التكتوني الحالي على الصدوع المرتبطة به في جنوب كاليفورنيا قد وصل أو تجاوز أعلى مستوياته خلال الألف عام الماضية. أشارت الدراسة على وجه التحديد إلى أن ممر كاجون هو "باب زلزال" نموذجي، أي أن منطقة تقاطع الصدع هذه ستحدد في لحظة حرجة ما إذا كان التمزق واسع النطاق سيتوقف عند خطأ معين، أو سيمر عبر مجموعتين من أنظمة الصدع ويتطور إلى حدث ربط واسع النطاق. تاريخيًا، حدثت حالتان: زلزال رايتوود عام 1812 مر عبر ممر كاجون وتسبب في تمزق صدع سان أندريس وسان جاسينتو بشكل مستمر؛ بينما انتهى زلزال فورت تيجون عام 1857 هنا ولم يستمر في التأثير على خطأ سان جاسينتو.
وأشار بوركهارد إلى أن ممر كاجون لا "يمنع" أو "يوجه" الزلازل فحسب، بل يستجيب لحالات الضغط المتغيرة. وجدت الدراسة أن المفتاح لتحديد ما إذا كان التمزق يمكن أن يعبر "بوابة الزلزال" لا يكمن فقط في الضغط على خطأ معين، ولكن أيضًا في ما إذا كان الضغط في نظامي الصدع يزداد في وقت واحد. عندما يكون صدع سان أندرياس وصدع سان جاسينتو في حالة ضغط عالية في نفس الوقت، وتكون أحجام الضغط متشابهة، يكون أكثر ملاءمة لتشكيل تمزق واسع النطاق عبر الاثنين؛ على العكس من ذلك، إذا لم تتم مزامنة الضغطين، فمن المرجح أن ينتهي التمزق عند التقاطع.
تقدر النماذج الحالية أن ضغط كولوم على مقطع سان جاسينتو-بيرناردينو يبلغ حوالي 3.6 ميجا باسكال، وهو أعلى من أي شيء شوهد خلال ألف عام من عمليات المحاكاة. يبلغ الضغط في الجزء الجنوبي المجاور لموهافي من صدع سان أندرياس حوالي 2.8 ميجا باسكال، وهو أيضًا عند مستوى عالٍ ولا يختلف كثيرًا عن الأول. هذا النمط، الذي يتم فيه تحميل جزأين من الصدوع بشكل كبير في نفس الوقت ولهما ضغوط مماثلة، غالبًا ما يتوافق مع أحداث تمزق كبيرة عبر مجموعتي الصدوع في السجلات السابقة، مما يجعل فريق البحث يقظًا بشكل خاص بشأن سيناريوهات الزلازل الإقليمية المستقبلية.
إذا انفجر زلزال كبير في المستقبل من جانب واحد من صدوع سان أندرياس أو سان جاسينتو ونجح في ربط مجموعتي الصدوع عبر ممر كاجون، فسيكون التأثير أكبر بكثير من مجرد حدث يقتصر على خطأ واحد. وتشمل المناطق المهددة بعض الممرات الأكثر كثافة سكانية وكثافة للبنية التحتية في الولايات المتحدة، مثل منطقة لوس أنجلوس الكبرى، وسان برناردينو، وريفرسايد، ووادي كوتشيلا. يعد ممر كاهون في حد ذاته شريان نقل مهم، حيث يحمل العديد من الطرق السريعة والسكك الحديدية وخطوط نقل الطاقة الرئيسية. وبمجرد مواجهته لاختراق، سيكون له تأثير خطير على شبكات النقل والطاقة.
وقال بوركهارد إن متى وكيف سيحدث الزلزال الكبير التالي في جنوب كاليفورنيا هو أحد أكثر الأسئلة إلحاحًا في علوم الأرض التطبيقية. يوفر النموذج المادي الذي طوره الفريق صورة كمية أكثر وضوحًا لحالة الإجهاد لنظام الصدع الحالي، ولا ينطبق هذا الإطار التحليلي على كاليفورنيا فحسب، بل أيضًا على مناطق تقاطع الصدوع المعقدة الأخرى حول العالم لتقييم مخاطر الزلازل المحتملة. وأكدت أيضًا أن هذه الدراسة ليست تنبؤًا مباشرًا بوقت حدوث الزلزال، ولكنها تشير إلى أن النظام الحالي في حالة "الحمل الحرج"، ويجب تضمين مختلف السيناريوهات المحتملة في التخطيط للوقاية من الكوارث والحد منها.
ووفقا للباحثين، من خلال أساليب النمذجة الفيزيائية المماثلة، يمكن للناس أن يفهموا بشكل أفضل عملية تراكم الضغط التكتوني طويل المدى وتأثير "البوابة" لمناطق تقاطع الصدع الرئيسية، وبالتالي توفير الأساس العلمي لتقييم المخاطر واختيار موقع البنية التحتية وتعزيزها والاستعداد لحالات الطوارئ. الورقة ذات الصلة تحمل عنوان "ممر كاجون ونظام صدع سان أندرياس الجنوبي: تراكم الإجهاد الدوري للزلازل وظروف التحميل الحالية" وتم نشرها في "مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الأرض الصلبة". وقد تم التوقيع عليها بشكل مشترك من قبل جامعة برن والعديد من المؤسسات البحثية الأمريكية، وتم تمويلها من قبل مركز الزلازل في ولاية كاليفورنيا والمؤسسة الوطنية للعلوم.