Mærkelige seismiske bølgeankomster fører til opdagelse af væltet plade i Middelhavet

Mærkelige seismiske bølgeankomster fra et jordskælv i 2010 under Spanien var sporene, der førte til en uventet opdagelse under det vestlige Middelhav:en subduceret oceanisk plade, der er væltet fuldstændigt.

Bølgeformerne tegner et billede af en plade, der hurtigt faldt ned i jordens kappe og vendte om, så vandet, den bar på sin overflade, mens den faldt ned, nu er under pladen, ifølge undersøgelsen offentliggjort i The Seismic Record .

Resultaterne kan hjælpe forskere med at sortere den komplicerede tektoniske struktur i det vestlige Middelhavsbassin, hvor Afrika og Eurasien konvergerer, specifikt et område kaldet Rif-Betic-Alboran-regionen. Denne region indeholder en bue dannet af de betiske bjergkæder i Spanien og Rif-bjergkæderne mod syd i Marokko og omfatter Alboranhavets bassin lige øst for Gibraltarstrædet.

Undersøgelsen kan også kaste lys over mekanismerne bag sjældne og dybe (mere end 600 kilometer) jordskælv i det sydlige Spanien, skriver Daoyuan Sun fra University of Science and Technology i Kina og Meghan S. Miller ved Australian National University.

Seismiske bølger fra et af disse jordskælv, et jordskælv med en styrke på 6,3, der fandt sted under Granada i april 2010, blev fanget af en række seismiske stationer i Spanien og Marokko som en del af projektet for undersøgelse af konvektiv Alboran Sea System Overturn (PICASSO).

Forskerne bemærkede, at jordskælvets coda-bølger - signaturen af ​​resterende vibrationer i slutningen af ​​et seismogram - varede usædvanligt lang tid, optaget af stationer i Marokko. Der var også tegn på en sent ankommet, "ekstra" P-bølgefase, ud over de normale indledende P-bølger, som blev opfanget af stationerne i Spanien.

"I starten havde vi ikke til formål at forstå de dybe jordskælvsmekanismer bedre, da flere tidligere undersøgelser har studeret kilden godt. Vores hensigt var blot at plotte bølgeformerne af nysgerrighed, da der er så meget at lære af individuelle bølgeformer, når man tager tid til at se nærmere på dem," forklarede Sun. "Ved undersøgelse observerede vi disse mærkelige ankomster, inklusive den lange coda og ekstra fase."

Sun og Miller konkluderede, at den lange coda- og ekstra P-bølgefase bedst kunne forklares ved et lavhastighedslag ved bunden af ​​den subducerende Alboran-plade. Lavhastighedslag, gennem hvilke seismiske bølger bremses og absorberes, indikerer ofte, at bølgerne har passeret gennem smeltet eller flydende materiale.

Subducerede plader indeholder normalt et lavhastighedslag på deres overflade på grund af det vand, de fører ind i kappen. "Her er vi ved at modellere de detaljerede bølgeformer i stand til at afbilde lavhastighedslaget under pladens overflade, der dykker mod nordøst, i modsætning til en normal subduceret plade med et lavhastighedslag oven på pladens overflade," sagde Sun. "Denne mærkelige forekomst mellem pladen og lavhastighedslaget antyder forekomsten af ​​den væltede Alboran-plade."

Deres undersøgelse er den første til at konkludere, at pladen er blevet væltet, tilføjede han, i stedet for at stå lodret eller stejle ned.

Lavhastighedslaget tilbyder også en mulig mekanisme bag de dybe spanske jordskælv, sagde forskerne, da det indikerer tilstedeværelsen af ​​vandholdige magnesiumsilikater, der transporterer vand på dybder på 600 kilometer. Når disse silikater dehydrerer, kan de blive mere skøre på en måde, der kan føre til dybe jordskælv.

Tilstedeværelsen af ​​vandholdige silikater kunne også fortælle seismologer noget om hastigheden af ​​pladesubduktion i regionen. De vandholdige magnesiumsilikater betyder, at "en betydelig mængde vand er blevet ført ned til kappeovergangszonen, hvilket indikerer en relativt kold plade," bemærkede Sun.

"I betragtning af en relativt ung havbundsalder i det vestlige Middelhav, for at pladen forbliver kølig, skal subduktionshastigheden være ret hurtig, såsom en moderat hastighed på omkring 70 millimeter om året," tilføjede han. "Med andre ord tror vi, at vores undersøgelse kunne tilbyde en rimelig nedre grænse for subduktionshastigheden i denne region."

Sun og Miller siger, at det kunne være lovende at undersøge de seismiske bølgeformer produceret af dybe jordskælv andre steder som det nordøstlige Kina, Sydamerika, Sunda-Banda og steder som Fiji-Tonga-regionen for at se, om lignende mekanismer er på arbejde. Men forskningen ville kræve tætte seismiske stationer placeret lige over disse jordskælv, som det heldige tilfælde var med jordskælvet i Spanien i 2010.

Flere oplysninger: Daoyuan Sun et al., Revealing the Secrets of the Western Mediterranean:A Deep Earthquake and the Overturned Slab, The Seismic Record (2024). DOI:10.1785/0320230049

Leveret af Seismological Society of America