Forskere rapporterer ny forståelse af dybe jordskælv

Forskere har i årtier vidst, at dybe jordskælv - dem, der er dybere end 60 kilometer, eller omkring 37 miles under jordens overflade - udstråle seismisk energi anderledes end dem, der stammer tættere på overfladen. Men en systematisk tilgang til at forstå hvorfor har manglet.

Nu har et team af forskere fra University of Houston rapporteret om en måde at analysere seismiske bølgestrålingsmønstre i dybe jordskælv for at antyde, at globale dybe jordskælv befinder sig i anisotropiske klipper, noget, der ikke tidligere var blevet gjort. Stenanisotropien refererer til forskelle i seismiske bølgeudbredelseshastigheder, når de måles i forskellige retninger.

Deres resultater blev offentliggjort mandag, 30. juli, af tidsskriftet Natur Geovidenskab .

De fleste jordskælv forekommer på lave dybder, ifølge U.S. Geological Survey, og de forårsager generelt mere skade end dybere jordskælv. Men der er stadig væsentlige spørgsmål om årsagerne til dybe jordskælv.

Normale sten er formbare, eller bøjelig, på disse store dybder på grund af høj temperatur og er derfor ikke i stand til at briste på en brat måde for at producere dybe jordskælv, som forekommer under subduktionszoner, hvor to tektoniske plader støder sammen ved havgrave. Pladen, der skubbes ind under, kaldes den subducerende plade. Det faktum, at dybe jordskælv kun forekommer i disse plader, tyder på, at der sker en usædvanlig proces i pladen.

Yingcai Zheng, adjunkt i seismisk billeddannelse i UH College of Natural Sciences and Mathematics og tilsvarende forfatter til papiret, nævnte seismologer har søgt at forstå dybe jordskælv, siden fænomenet blev opdaget i 1926. Hypoteser omfatter virkningen af ​​væsker, løbsk termisk opvarmning eller fastfaseændring på grund af pludseligt sammenbrud af den mineralske krystalstruktur.

Ud over Zheng, forskere involveret i arbejdet omfatter den første forfatter Jiaxuan Li, en ph.d. kandidat i Institut for Jord- og Atmosfæriske Videnskaber; Leon Thomsen, forskningsprofessor i geofysik; Thomas J. Lapen, professor i geologi; og Xinding Fang, adjungeret professor ved UH og sideløbende lektor ved Southern University of Science and Technology China.

"I løbet af de sidste 50 år, der har været voksende beviser for, at en stor del af dybe jordskælv ikke følger det dobbelte strålingsmønster, der ses i de fleste lavvandede jordskælv, " sagde Zheng. "Vi satte os for at se på, hvorfor det sker." Dobbeltparmønsteret er forårsaget af et forskydningsbrud af en allerede eksisterende fejl.

Arbejdet, finansieret af National Science Foundation, så på potentielle årsager til de forskellige strålingsmønstre; Zheng sagde tidligere teorier tyder på, at dybe jordskælv stammer fra en anden brudmekanisme og muligvis andre fysiske og kemiske processer end dem, der udløser lavvandede jordskælv.

Men efter at have studeret strålingsmønstrene for 1, 057 dybe jordskælv i seks subduktionszoner verden over, forskerne bestemte en anden forklaring. De fandt ud af, at det omgivende klippestof, der omslutter det dybe jordskælv, ændrer den seismiske stråling til et ikke-dobbelt-par mønster. "Både de almindelige dobbelt-par strålingsmønstre og ualmindelige mønstre af dybe jordskælv kan forklares samtidigt ved forskydningsbrud i et lamineret stenstof, " sagde Li.

Inden subduktionspladen kommer ind i renden, det kan absorbere havvand for at danne hydratiserede anisotrope mineraler. Når pladen sænker sig i Jordens kappe, vandet kan udstødes på grund af højt tryk og høje temperaturforhold, en proces kendt som dehydrering. Dehydreringen og den stærke forskydning langs pladens grænseflade kan gøre klippen sprød og føre til brud i jordskælv med mellemdybde, defineret som dem mellem 60 kilometer og 300 kilometer dybe (37 miles til 186 miles).

"Vi fandt på disse dybder, at det anisotrope stenstof altid er parallelt med pladens overflade, selvom pladen kan ændre retning meget fra sted til sted, " sagde Li.

Anisotropi findes også i klipper på endnu større dybder, hvilket tyder på, at materialer såsom magnesit eller justerede carbonatitsmeltelommer kan være involveret i at generere de dybe brud, sagde forskerne. Fordi den udledte anisotropi er høj - omkring 25 procent - er den udbredte metastabile fastfaseændringsmekanisme ikke i stand til at give den nødvendige anisotropi, som forskerne udleder.