Głębokie trzęsienia ziemi: dlaczego się zdarzają

Głębokie trzęsienia ziemi odkryto w latach dwudziestych XX wieku, ale nadal są przedmiotem sporów. Powód jest prosty: nie powinny się zdarzyć. Jednak stanowią one ponad 20 procent wszystkich trzęsień ziemi.

Płytkie trzęsienia ziemi wymagają występowania litych skał, a dokładniej zimnych, kruchych skał. Tylko te mogą przechowywać sprężyste odkształcenie wzdłuż uskoku geologicznego, kontrolowanego przez tarcie, aż naprężenie uwolni się w gwałtownym zerwaniu.

Ziemia robi się cieplejsza o około 1 stopień C, średnio na każde 100 metrów głębokości. Połącz to z wysokim ciśnieniem pod ziemią i jasne jest, że około 50 kilometrów w dół średnie skały powinny być zbyt gorące i ściśnięte zbyt mocno, aby pękły i zmieliły się tak, jak robią to na powierzchnia. Dlatego trzęsienia o głębokim ogniskowaniu, poniżej 70 km, wymagają wyjaśnienia.

Subdukcja daje nam możliwość obejścia tego. Kiedy litosferyczne płyty tworzące zewnętrzną skorupę Ziemi oddziałują na siebie, niektóre są zanurzone w dół w znajdującym się pod nim płaszczu. Po wyjściu z gry płytowo-tektonicznej otrzymują nową nazwę: płyty. Początkowo płyty, ocierając się o leżącą nad nimi płytę i zginając się pod naprężeniem, powodują płytkie trzęsienia ziemi o subdukcji. Są dobrze wyjaśnione. Ale gdy płyta przechodzi głębiej niż 70 km, wstrząsy trwają. Pomaga kilka czynników:

• Płaszcz nie jest jednorodny, ale raczej różnorodny. Niektóre części pozostają kruche lub zimne przez bardzo długi czas. Zimna płyta może znaleźć coś solidnego do popchnięcia, wytwarzając płytkie trzęsienia, nieco głębsze niż sugerują średnie. Co więcej, wygięta płyta może również się wyginać, powtarzając odkształcenie, które poczuła wcześniej, ale w przeciwnym kierunku.
• Minerały w płycie zaczynają się zmieniać pod presją. Metamorfoza bazalt gabro w płycie zmienia się w zestaw minerałów blueschist, który z kolei zamienia się w eklogit bogaty w granaty na głębokości około 50 km. Woda jest uwalniana na każdym etapie procesu, podczas gdy skały stają się bardziej zwarte i stają się bardziej kruche. To kruchość odwodnienia silnie wpływa na naprężenia pod ziemią.
• Pod rosnącą presją serpentynowy minerały w płycie rozkładają się na minerały oliwin i enstatyt plus woda. Jest to odwrotność formacji serpentynowej, która miała miejsce, gdy płyta była młoda. Uważa się, że jest ukończony na głębokości około 160 km.
• Woda może wywołać lokalne topnienie płyty. Roztopione skały, podobnie jak prawie wszystkie płyny, zajmują więcej miejsca niż ciała stałe, dlatego topienie może złamać pęknięcia nawet na dużych głębokościach.
• W szerokim zakresie głębokości, wynoszącym średnio 410 km, oliwin zaczyna zmieniać się w inną postać krystaliczną identyczną z minerałem spinelu. To właśnie mineralogi nazywają zmianą fazową, a nie chemiczną; wpływa to tylko na objętość minerału. Spinel oliwinowy zmienia się ponownie w postać perowskitu na około 650 km. (Te dwie głębokości oznaczają głębokość płaszcza strefa przejściowa.)
• Inne znaczące zmiany fazowe obejmują enstatyt na ilmenit i granat na perowskit na głębokościach poniżej 500 km.

Zatem istnieje wiele kandydatów na energię za głębokimi trzęsieniami ziemi na wszystkich głębokościach od 70 do 700 km, być może zbyt wiele. Role temperatury i wody są również ważne na wszystkich głębokościach, choć nie są dokładnie znane. Jak mówią naukowcy, problem jest nadal słabo ograniczony.

Istnieje kilka innych istotnych wskazówek na temat wydarzeń wymagających głębokiej koncentracji. Jednym z nich jest to, że pęknięcia przebiegają bardzo powoli, mniej niż połowa prędkości płytkich pęknięć i wydają się one składać z łat lub blisko siebie rozmieszczonych elementów. Innym jest to, że mają kilka wstrząsów wtórnych, tylko jedną dziesiątą tyle, co płytkie trzęsienia. Łagodzą więcej stresu; to znaczy, że spadek stresu jest ogólnie znacznie większy w przypadku głębokich niż płytkich zdarzeń.

Do niedawna konsensusem dla energii bardzo głębokich wstrząsów była zmiana fazy z oliwinu na oliwin-spinel lub uszkodzenie transformacyjne. Pomysł polegał na tym, że małe soczewki oliwinu-spinelu uformowałyby się, stopniowo rozszerzyły i ostatecznie połączyły w arkusz. Spinel oliwinowy jest bardziej miękki niż oliwin, dlatego stres mógłby znaleźć drogę nagłego uwolnienia wzdłuż tych prześcieradeł. Warstwy stopionej skały mogą się tworzyć, aby nasmarować działanie, podobnie jak superfaults w litosferze szok może wywołać więcej błędów transformacyjnych, a trzęsienie będzie powoli narastać.

Następnie miało miejsce wielkie głębokie trzęsienie ziemi w Boliwii z 9 czerwca 1994 r., Zdarzenie o sile 8,3 na głębokości 636 km. Wielu pracowników uważało, że jest to zbyt dużo energii, aby uwzględnić model błędów transformacyjnych. Inne testy nie potwierdziły modelu. Nie wszyscy się zgadzają. Od tego czasu specjaliści od głębokiego trzęsienia ziemi próbują nowych pomysłów, udoskonalają stare i mają piłkę.