Hvad forårsager de dybe jords mest mystiske jordskælv?

Årsagen til Jordens dybeste jordskælv har været et mysterium for videnskaben i mere end et århundrede, men et hold af Carnegie-forskere kan have slået sagen op.

Ny forskning offentliggjort i AGU rykker frem giver bevis for, at væsker spiller en nøglerolle i jordskælv med dybt fokus - som forekommer mellem 300 og 700 kilometer under planetens overflade. Forskerholdet omfatter Carnegie-forskerne Steven Shirey, Lara Wagner, Peter van Keken, og Michael Walter, samt University of Alberta's Graham Pearson.

De fleste jordskælv forekommer tæt på jordens overflade, ned til omkring 70 kilometer. De sker, når stress opbygges ved et brud mellem to stenblokke - kendt som en forkastning - hvilket får dem til pludselig at glide forbi hinanden.

Imidlertid, dybere ned i jorden, de intense tryk skaber for meget friktion til at tillade denne form for glidning at forekomme, og de høje temperaturer øger stenens evne til at deformeres for at imødekomme skiftende spændinger. Selvom det er teoretisk uventet, videnskabsmænd har været i stand til at identificere jordskælv, der stammer mere end 300 kilometer under overfladen siden 1920'erne.

"Det store problem, som seismologer har stået over for, er, hvordan det er muligt, at vi overhovedet har disse dybe jordskælv, " sagde Wagner. "Når du kommer et par tiere kilometer ned, det bliver utroligt svært at forklare, hvordan vi får slip på en fejl, når friktionen er så utrolig høj."

Igangværende arbejde i løbet af de sidste årtier har vist os, at vand spiller en rolle i jordskælv med mellemdybde - dem, der forekommer mellem 70 og 300 kilometer under jordens overflade. I disse tilfælde, vand frigives fra mineraler, som svækker stenen omkring forkastningen og lader stenblokkene glide. Imidlertid, videnskabsmænd troede ikke, at dette fænomen kunne forklare jordskælv med dybt fokus, hovedsagelig fordi man mente, at vand og andre væskeskabende forbindelser ikke kunne komme langt nok ned i Jordens indre til at give en lignende effekt.

Denne tankegang ændrede sig for første gang, da Shirey og Wagner sammenlignede dybden af ​​sjældne dybe jorddiamanter med de mystiske jordskælv med dybt fokus.

"Diamanter dannes i væsker" forklarede Shirey, "hvis diamanter er der, væske er der."

Selve diamanterne indikerede tilstedeværelsen af ​​væsker, imidlertid, de bragte også prøver af den dybe jord til overfladen, som videnskabsmændene kunne studere. Når diamanter dannes i jordens indre, de fanger nogle gange stykker af mineral fra den omgivende sten. Disse mineraler kaldes indeslutninger, og de kan gøre dine smykker billigere, men de er uvurderlige for jordforskere. De er en af ​​de eneste måder, videnskabsmænd kan studere direkte prøver af vores planets dybe indre.

Diamantens indeslutninger havde den tydelige kemiske signatur af lignende materialer fundet i oceanisk skorpe. Det betyder, at vandet og andre materialer ikke på en eller anden måde blev skabt dybt i Jordens indre. I stedet, de blev båret ned som en del af en synkende oceanisk plade.

Wagner sagde:"Seismologisamfundet havde bevæget sig væk fra ideen om, at der kunne være vand så dybt. Men diamantpetrologer som Steve viste os prøver og sagde 'Nej, ingen, ingen. Der er helt sikkert vand hernede' Så så måtte vi alle sammen finde ud af, hvordan det kom dernede."

For at teste ideen, Wagner og van Keken byggede avancerede beregningsmodeller til at simulere temperaturerne på synkende plader på meget større dybder, end man havde forsøgt før. Ud over modelleringen, Walter undersøgte stabiliteten af ​​de vandførende mineraler for at vise, at under den intense varme og trykket i Jordens dybe indre, de ville, Ja, være i stand til at holde på vandet under visse forhold. Holdet viste, at selvom varmere tallerkener ikke holdt vand, mineralerne i de køligere oceaniske plader kunne teoretisk transportere vand til de dybder, vi forbinder med jordskælv med dybt fokus.

For at styrke undersøgelsen sammenlignede holdet simuleringerne med virkelige seismologiske data. De var i stand til at vise, at de plader, der teoretisk kunne føre vand til disse dybder, også var dem, der oplevede de tidligere uforklarlige dybe jordskælv.

Denne undersøgelse er usædvanlig i anvendelsen af ​​fire forskellige discipliner - geokemi, seismologi, geodynamik, og petrologi - til samme spørgsmål, som alle peger på den samme konklusion:vand og andre væsker er en nøglekomponent i jordskælv med dybt fokus.

"Karten af ​​dybe jordskælv er et af de store spørgsmål inden for geovidenskab, " sagde Shirey. "Vi havde brug for alle fire af disse forskellige discipliner for at komme sammen for at fremsætte dette argument. Det viste sig, at vi havde dem alle sammen i Carnegie."