Complexity of rupture propagation in large earthquakes in relation to tectonic environment

Complexity in the earthquake rupture process can result from many factors. This study investigates the origin of such complexity by examining several recent, large earthquakes in detail. In each case the local tectonic environment plays an important role in understanding the source of the complexity.

Several large shallow earthquakes (M_s > 7.0) along the Middle American Trench have similarities and differences between them that may lead to a better understanding of fracture and subduction processes. They are predominantly thrust events consistent with the known subduction of the Cocos plate beneath N. America. Two events occurring along this subduction zone close to triple junctions show considerable complexity. This may be attributable to a more heterogeneous stress environment in these regions and as such has implications for other subduction zone boundaries.

An event which looks complex but is actually rather simple is the 1978 Bermuda earthquake (M_s ~ 6). It is located predominantly in the mantle. Its mechanism is one of pure thrust faulting with a strike N 20°W and dip 42°NE. Its apparent complexity is caused by local crustal structure. This is an important event in terms of understanding and estimating seismic hazard on the eastern seaboard of N. America.

A study of several large strike-slip continental earthquakes identifies characteristics which are common to them and may be useful in determining what to expect from the next great earthquake on the San Andreas fault. The events are the 1976 Guatemala earthquake on the Motagua fault and two events on the Anatolian fault in Turkey (the 1967, Mudurnu Valley and 1976, E. Turkey events). An attempt to model the complex P-waveforms of these events results in good synthetic fits for the Guatemala and Mudurnu Valley events. However, the E. Turkey event proves to be too complex as it may have associated thrust or normal faulting. Several individual sources occurring at intervals of between 5 and 20 seconds characterize the Guatemala and Mudurnu Valley events. The maximum size of an individual source appears to be bounded at about 5 x 10²⁶ dyne-cm. A detailed source study including directivity is performed on the Guatemala event. The source time history of the Mudurnu Valley event illustrates its significance in modeling strong ground motion in the near field. The complex source time series of the 1967 event produces amplitudes greater by a factor of 2.5 than a uniform model scaled to the same size for a station 20 km from the fault.

Three large and important earthquakes demonstrate an important type of complexity --- multiple-fault complexity. The first, the 1976 Philippine earthquake, an oblique thrust event, represents the first seismological evidence for a northeast dipping subduction zone beneath the island of Mindanao. A large event, following the mainshock by 12 hours, occurred outside the aftershock area and apparently resulted from motion on a subsidiary fault since the event had a strike-slip mechanism.

An aftershock of the great 1960 Chilean earthquake on June 6, 1960, proved to be an interesting discovery. It appears to be a large strike-slip event at the main rupture's southern boundary. It most likely occurred on the landward extension of the Chile Rise transform fault, in the subducting plate. The results for this event suggest that a small event triggered a series of slow events; the duration of the whole sequence being longer than 1 hour. This is indeed a "slow earthquake".

Perhaps one of the most complex of events is the recent Tangshan, China event. It began as a large strike-slip event. Within several seconds of the mainshock it may have triggered thrust faulting to the south of the epicenter. There is no doubt, however, that it triggered a large oblique normal event to the northeast, 15 hours after the mainshock. This event certainly contributed to the great loss of life-sustained as a result of the Tangshan earthquake sequence.

What has been learned from these studies has been applied to predict what one might expect from the next great earthquake on the San Andreas. The expectation from this study is that such an event would be a large complex event, not unlike, but perhaps larger than, the Guatemala or Mudurnu Valley events. That is to say, it will most likely consist of a series of individual events in sequence. It is also quite possible that the event could trigger associated faulting on neighboring fault systems such as those occurring in the Transverse Ranges. This has important bearing on the earthquake hazard estimation for the region.

Caracterização ambiental da bacia hidrogáfica do Rio São Domingos a partir da análise geoquímica e isotópica Pb/Pb

A bacia hidrográfica do rio São Domingos constitui uma das sub-bacias do rio Muriaé pertencente ao sistema Paraíba do Sul e, tem seus limites coincidentes com os limites do município de São José de Ubá, sendo este o segundo maior produtor de tomate do estado do Rio de Janeiro, com sua principal fonte econômica baseada na agropecuária. Este tipo de atividade resulta em utilização de produtos químicos nas lavouras e juntamente a ocupação inadequada resulta em modificação das paisagens e da mata nativa, resultando em diversos tipos de impactos no ambiente. Neste estudo foram abordados os impactos relacionados a concentração de metais e sua proveniência através das assinaturas isotópicas Pb/Pb, utilizando para tal o procedimento analítico de lixiviação dos sedimentos de corrente e abertura total de rochas para a obtenção de razões isotópicas e concentrações de metais por ICP-MS. Os resultados mostraram que as contribuições nos sedimentos de corrente se dão a partir de cinco fontes compreendidos no intervalo de assinatura isotópica 206Pb/207Pb 1,1229 e 1,1949, representadas em intervalos bem definidos. Por correlação com as respectivas concentrações se observa que, preferencialmente, existe maior influência das rochas do embasamento, seguido de atividade antrópicas como a urbanização e disposição de lixo doméstico. As maiores concentrações estão associadas ao cobre, chumbo, estrôncio, níquel e zinco. Contudo todas as concentrações de metais obtidas se encontram abaixo da legislação vigente. Desta forma a contaminação antrópica é limitada a regiões de maior densidade populacional e as influências naturais predominam na área da bacia.

Investigation of Fundamental Processes Governing Secondary Organic Aerosol Formation in Laboratory Chambers

Our understanding of the processes and mechanisms by which secondary organic aerosol (SOA) is formed is derived from laboratory chamber studies. In the atmosphere, SOA formation is primarily driven by progressive photooxidation of SOA precursors, coupled with their gas-particle partitioning. In the chamber environment, SOA-forming vapors undergo multiple chemical and physical processes that involve production and removal via gas-phase reactions; partitioning onto suspended particles vs. particles deposited on the chamber wall; and direct deposition on the chamber wall. The main focus of this dissertation is to characterize the interactions of organic vapors with suspended particles and the chamber wall and explore how these intertwined processes in laboratory chambers govern SOA formation and evolution.

A Functional Group Oxidation Model (FGOM) that represents SOA formation and evolution in terms of the competition between functionalization and fragmentation, the extent of oxygen atom addition, and the change of volatility, is developed. The FGOM contains a set of parameters that are to be determined by fitting of the model to laboratory chamber data. The sensitivity of the model prediction to variation of the adjustable parameters allows one to assess the relative importance of various pathways involved in SOA formation.

A critical aspect of the environmental chamber is the presence of the wall, which can induce deposition of SOA-forming vapors and promote heterogeneous reactions. An experimental protocol and model framework are first developed to constrain the vapor-wall interactions. By optimal fitting the model predictions to the observed wall-induced decay profiles of 25 oxidized organic compounds, the dominant parameter governing the extent of wall deposition of a compound is identified, i.e., wall accommodation coefficient. By correlating this parameter with the molecular properties of a compound via its volatility, the wall-induced deposition rate of an organic compound can be predicted based on its carbon and oxygen numbers in the molecule.

Heterogeneous transformation of δ-hydroxycarbonyl, a major first-generation product from long-chain alkane photochemistry, is observed on the surface of particles and walls. The uniqueness of this reaction scheme is the production of substituted dihydrofuran, which is highly reactive towards ozone, OH, and NO3, thereby opening a reaction pathway that is not usually accessible to alkanes. A spectrum of highly-oxygenated products with carboxylic acid, ester, and ether functional groups is produced from the substituted dihydrofuran chemistry, thereby affecting the average oxidation state of the alkane-derived SOA.

The vapor wall loss correction is applied to several chamber-derived SOA systems generated from both anthropogenic and biogenic sources. Experimental and modeling approaches are employed to constrain the partitioning behavior of SOA-forming vapors onto suspended particles vs. chamber walls. It is demonstrated that deposition of SOA-forming vapors to the chamber wall during photooxidation experiments can lead to substantial and systematic underestimation of SOA. Therefore, it is likely that a lack of proper accounting for vapor wall losses that suppress chamber-derived SOA yields contribute substantially to the underprediction of ambient SOA concentrations in atmospheric models.

Genetic engineering of microorganisms: free release into the environment

Genetic engineering now makes possible the insertion of DNA from many organisms into other prokaryotic, eukaryotic and viral hosts. This technology has been used to construct a variety of such genetically engineered microorganisms (GEMs). The possibility of accidental or deliberate release of GEMs into the natural environment has recently raised much public concern. The prospect of deliberate release of these microorganisms has prompted an increased need to understand the processes of survival, expression, transfer and rearrangement of recombinant DNA molecules in microbial communities. The methodology which is being developed to investigate these processes will greatly enhance our ability to study microbial population ecology.

Hydrobiological service for observations and control of surface waters in the USSR

Technological progress, having reached in our time an unprecedented speed, is still increasing the rate of mineral extraction, industrial construction, and the mastering of new kinds of energy is growing. Correspondingly the anthropogenic load on the biosphere is increased and that requires the comprehensive development of monitoring the anthropogenic changes in the natural environment. Among problems resulting from the scientific-technological development, a noticeable place is given to the problem of pure water. Surface land waters proved to be a sensitive link in the natural environment. The hydrobiological service for observations and control of the surface waters is one of the subsystems of the State/Federal Service for Observations and Control of pollution levels in environmental objects, conducted by the USSR State Committee for Hydrometeor- ology and Control of the Natural Environment. This paper summarises the the main principles of the organisation and goals of the national system of monitoring of the state of the natural environment in the USSR.

Recent progress in the identification and determination of freshwater phytoplankton in the natural environment

The biomass of the phytoplankton and its composition is one of the most important factors in water quality control. Determination of the phytoplankton assemblage is usually done by microscopic analysis (Utermöhl's method). Quantitative estimations of the biovolume, by cell counting and cell size measurements, are time-consuming and normally are not done in routine water quality control. Several alternatives have been tried: computer-based image analysis, spectral fluorescence signatures, flow cytometry and pigment fingerprinting aided by high performance liquid chromatography (HPLC). The latter method is based on the fact that each major algal group of taxa contains a specific carotenoid which can be used for identification and relative quantification of the taxa in the total assemblage. This article gives a brief comparative introduction to the different techniques available and presents some recent results obtained by HPLC-based pigment fingerprinting, applied to three lakes of different trophic status. The results show that this technique yields reliable results from different lake types and is a powerful tool for studying the distribution pattern of the phytoplankton community in relation to water depth. However, some restrictions should be taken into account for the interpretation of routine data.

Mapeamento dos remanescentes de manguezal, a partir da interpretação de ortofotos coloridas, e análise dos vetores de pressão antrópica, como subsídio ao planejamento para conservação do ecossistema no Estado do Rio de Janeiro

Manguezal é um ecossistema costeiro que ocorre nas regiões tropicais e subtropicais do planeta, ocupando a zona entremarés dos oceanos, e sendo caracterizado pela presença de vegetação arbórea adaptada à condições adversas de salinidade, substrato, baixa oxigenação e submersão periódica. A pressão sobre os manguezais do Estado do Rio de Janeiro vem se intensificando nas últimas décadas, e estão associadas a vetores de pressão como os aterros, desmatamentos, queimadas, corte seletivo de madeira, captura predatória de moluscos e crustáceos, lançamento de efluentes de origens diversas, a superexplotação dos recursos pesqueiros e a utilização de técnicas e apetrechos inadequados. Considerando a inexistência de mapeamento integrado e atualizado dos remanescentes de manguezal, indicando sua localização e dimensionamento, o presente estudo veio suprir essa demanda, construindo uma ferramenta consistente para a análise dos principais vetores a que estão expostos, subsidiando a proposição de ações para a conservação e monitoramento desse ecossistema. Essas ações consideram a necessidade de preservação da biodiversidade, da manutenção da atividade pesqueira, da estabilidade da linha de costa, e da subsistência de diversas populações que habitam a região costeira. O mapeamento dos manguezais do Estado do Rio de Janeiro foi elaborado a partir da interpretação visual de ortofotografias coloridas do ano de 2005, na escala 1:10.000, tendo sido realizadas checagens de campo para identificação da verdade terrestre. Os remanescentes mapeados totalizam uma área de aproximadamente 17.720 ha, estando distribuídos por sete regiões hidrográficas localizadas na zona costeira fluminense. Esses ocorrem com mais freqüência, e com maiores dimensões, nas regiões da baía da Ilha Grande, Guandu(Sepetiba) e baía de Guanabara. O estudo contemplou ainda o levantamento e sistematização de dados cartográficos e de sensoriamento remoto, e a identificação e análise dos principais vetores de pressão que atuam sobre esses, a partir da adaptação da metodologia da Análise de Cadeia Causal. Nessa análise foram identificados como principais problemas ambientais dos manguezais fluminenses, a Modificação de habitats e comunidades, a Poluição, e a Exploração não sustentável dos recursos pesqueiros, todos associados aos diferentes vetores de pressão já relacionados. Por fim, foram apresentadas propostas de ações para subsidiar a implementação da Política Estadual para a Conservação dos Manguezais do Estado do Rio de Janeiro, contemplando os níveis operacional, de planejamento, e político. A reativação do Grupo Técnico Permanente sobre Manguezais é de vital importância para a retomada dessas discussões e para a implementação de ações, apoiado na ampliação dos conhecimentos sobre esse rico ecossistema e, integrando e fortalecendo a atuação dos diversos atores envolvidos, buscando assim garantir a integridade dos manguezais fluminenses

Comunidades de lagartos dos remanescentes de restinga do Estado do Rio de Janeiro: Riqueza, diversidade e onde estão as espécies endêmicas e ameaçadas de extinção

Atualmente existe uma contínua perda de biodiversidade, que decorre principalmente devido a intensa modificação das paisagens naturais pelas atividades humanas. O litoral do estado do Rio de Janeiro é ocupado há centenas de anos, e uma das principais ameaças é a crescente taxa demográfica. De forma geral, o conhecimento acerca dos diferentes grupos de vertebrados terrestres e a sua relação com o ambiente de restinga ainda é incipiente. Realizamos o presente estudo em dez áreas de remanescentes de vegetação de restinga no estado do Rio de Janeiro, para compreender a variação das comunidades de lagartos entre os diferentes ambientes e suas estruturas locais, bem como os principais fatores que as afetam negativamente. Realizamos um conjunto de transecções lineares delimitadas por tempo, ao longo de três anos. As espécies de lagartos foram identificadas e quantificadas, e mensuramos a estrutura e os fatores de ameaça antrópica dos ambientes. Registramos no total nove espécies de lagartos compondo as comunidades de restingas amostradas no estado do Rio de Janeiro, incluindo uma espécie exótica e invasora (Hemidactylus mabouia), e duas endêmicas (Liolaemus lutzae e Cnemidophorus littoralis). A maioria das espécies foram registradas em diferentes meso-habitats, e no geral podem ser consideradas oportunistas e generalistas. As restingas diferiram entre si principalmente em termos de abundância e densidade de espécies de lagartos, enquanto a riqueza foi comparativamente menor nos ambientes insulares. Provavelmente essas diferenças são resultados da interação entre processos históricos e ecológicos atuando em sinergia. Na restinga de Grussaí, os dados mostram que, considerando o nicho em suas três dimensões avaliadas (tempo, espaço e dieta), é provável que a comunidade esteja estruturada em seu eixo temporal. A análise dos fatores de ameaça antrópica sobre as restingas mostra que a situação dos fragmentos se manteve a mesma nos últimos anos. Provavelmente, as políticas públicas atuais não parecem ser suficientes para o aumento do grau de preservação e conservação das áreas de restinga do litoral do estado do Rio de Janeiro devido à contínua especulação imobiliária. É necessário o emprego de monitoramentos periódicos para acompanhar a situação das populações das espécies endêmicas e ameaçadas, e promover mudanças físicas (e.g. remoção de lixo depositado e de espécies exóticas), sócio-educativas (e.g. diminuição do acesso de animais domésticos, descarte de material), e de poder público (e.g. aumento das áreas de proteção). Em relação à espécie endêmica e ameaçada L. lutzae, identificamos uma sobreposição de nicho espacial em relação a Tropidurus torquatus, variável entre as localidades amostradas. Provavelmente essa variação resulta da estrutura ambiental que difere entre as restingas e, consequentemente, provoca diferentes respostas em termos de interação entre as espécies que compõem as comunidades de lagartos. Os novos registros de H. mabouia em habitat natural nas restingas foram incluídos aos registros de ocorrência da espécie em ambientes naturais em território brasileiro, no intuito de identificar áreas potenciais de invasão da espécie. Os resultados mostram uma alta probabilidade principalmente na região litorânea. O presente estudo possibilita uma melhor compreensão sobre a ecologia de comunidades de lagartos no estado do Rio de Janeiro.

Marine biology of the Sierra Leone River Estuary. 1. The physical environment

The Sierra Leone River Estuary is a relatively young drowned river valley, it is shallow except for a deep channel which passes close to the Freetown shoreline. The upper reaches merge into a network of creeks and channels fringed by large areas of mangrove swamps. It is a tidal estuary of the semi-mixed type with the saline oceanic water entering it on a diurnal cycle. The climate of Sierra Leone is marked by a very distinct change between a very wet rainy season and a dry season. The tidal range of the Estuary (spring 3.03m; neap 2.28m) does not impede normal use of the harbour. The tidal variations can be felt as far as 42 miles inland along the water courses of the Sierra Leone River and its tributaries. The volume of fresh water entering the Estuary is large during the rainy season and greatly reduced during the dry season. Consequently there is a marked fall in salinity during the rainy season and higher salinities due to the marine influence prevailing during the dry season. The nature of the shores and bottom, the hydrography and chemistry of the estuarine system have been outlined in relation to the prevailing climatic conditions.