Учени са открили най-дълбокото земетресение някога, на изумителните 751 километра под земната повърхност.
Тази дълбочина поставя земетресението в долната мантия, където сеизмолозите смятаха, че земетресенията са невъзможни. Това е така, защото на тази дълбочина при екстремен натиск скалите би трябвало да се огъват и деформират, отколкото да се чупят с внезапно освобождаване на енергия.
Но минералите не винаги се държат точно както се очаква, коментира Памела Бърнли (Pamela Burnley), професор по геоматериали в Университета на Невада, Лас Вегас, която не е участвала в изследването. Даже при налягания, при които те трябва да преминават в други, по-неподатливи на земетресения състояния, могат да се задържат в старите си конфигурации.
Всъщност това, което земетресението показва, е, че границите между различните слоеве на вътрешността на Земята са по-размити, отколкото се смяташе.
Преминаване на границата
Земетресението, съобщено за първи път през юни в списание Geophysical Research Letters, е незначителен вторичен трус от земетресение с магнитуд 7.9, което разтърси островите Бонин (наричани и Огасавара) край континентална Япония през 2015 г. Изследователи, ръководени от сеизмолога от университета в Аризона Ерик Кизер (Eric Kiser), откриват земетресението с помощта на японската високочувствителна сеизмографска мрежа „Hi-net" от сеизмични станции. Масивът е най-мощната система за откриване на земетресения в момента. Трусът е слаб и не може да се усети на повърхността, така че са необходими чувствителни инструменти, за да бъде регистриран.
Дълбочината на земетресението все пак трябва да бъде потвърдена от други изследователи, но констатацията изглежда надеждна.
По-голямата част от земетресенията са плитки, произхождащи от земната кора и горната мантия в рамките на първите 100 км под повърхността. В земната кора, която се простира средно само на около 20 км, скалите са студени и крехки. Когато тези скали са подложени на напрежение, обяснява Бърнли, те могат само леко да се огънат, преди да се счупят, освобождавайки енергия като навита пружина. По-дълбоко в земната кора и долната мантия, скалите са по-горещи и под по-високо налягане, което ги прави по-устойчиви на счупване. Но на тази дълбочина могат да се случат земетресения, когато високото налягане натиска пълните с течност пори в скалите, изтласквайки течностите навън. При тези условия скалите също са податливи на крехко счупване, допълва Бърнли.
Тези видове динамика могат да обяснят земетресенията до 400 км, които все още са в горната мантия. Преди вторичния трус в Бонин през 2015 г. също са наблюдавани трусове в долната мантия, до около 670 км. Тези трусове са отдавнашна мистерия, коментира Бърнли. Порите в скалите, които задържат вода, са затворени, така че течностите не може да са причината.
„На тази дълбочина смятаме, че цялата вода трябва да е изгонена и определено сме далеч, далеч от мястото, където бихме наблюдавали класическо крехко поведение“, отбелязва сеизмоложката. "Това винаги е било загадка".
Промяна на минералите
Проблемът със земетресенията по-дълбоки от около 400 км е свързан с начина, по който минералите се държат под налягане. Голяма част от мантията на планетата е изградена от минерал, наречен оливин, който е лъскав и зелен. На около 400 км надолу налягането кара атомите на оливина да се пренаредят в различна структура, синкав минерал, наречен уадслиит. Още 100 км по-дълбоко, уадслиитът отново се пренарежда в рингудит. Накрая, на около 680 км дълбоко в мантията, рингудитът се разпада на два минерала, бриджманит (силикатен перовскит) и периклаз.
Геолозите не могат да изследват директно Земята толкова дълбоко, разбира се, но могат да използват лабораторно оборудване, за да пресъздадат екстремните налягания и да създадат тези промени на повърхността. И тъй като сеизмичните вълни се движат по различен начин през различните минерални фази, геофизиците могат да видят признаци на тези промени, като наблюдават вибрациите, причинени от големи земетресения.
 Рингудитът е полиморф на оливина, (Mg, Fe) 2SiO4, със структура „шпинел“ |
 Бриджманит - магнезиев железен силикат (Mg,Fe)SiO 3 , който кристализира в перовскитно-аналогова структура |
Този последен преход бележи края на горната мантия и началото на долната мантия. Това, което е важно за тези минерални фази, не са техните имена, а това, че всяка се държи по различен начин. Това е подобно на случая с графита и диамантите, обяснява Бърнли. И двете форми са от въглерод, но в различна подредба. Графитът е форма, която е стабилна на повърхността на Земята, докато диамантите са формата, която е стабилна дълбоко в мантията. И двете се държат много различно: графитът е мек, сив и хлъзгав, докато диамантите са изключително твърди и чисти. Тъй като оливинът се трансформира в своите фази с увеличаване на налягането, става по-вероятно да се огъне и по-малко вероятно да се счупи по начин, който предизвиква земетресения.
Тези земетресенията в горната мантия остават загадка за геолозите до 80-те години на миналия век и все още не всички са на едно мнение защо се случват там. Бърнли и сътрудникът й минералогът д-р Хари Грийн (Harry Green) дават потенциално обяснение. В експерименти през 80-те години на миналия век двамата учени установяват, че минералните фази на оливин не са толкова подредени и чисти. При някои условия например оливинът може да пропусне фазата на вадслиит и да се насочи направо към рингудита. И точно при прехода от оливин към рингвудит, при достатъчно налягане, минералът всъщност може да се счупи, вместо да се огъне.
Бърнли и Грийн съобщават за своето откритие през 1989 г. в списание Nature, предполагайки, че това налягане в преходната зона може да обясни земетресенията под 400 км.
Отивайки по-дълбоко
Новото земетресение в Бонин обаче е по-дълбоко от тази преходна зона. На 751 км надолу то произхожда от място, което трябва да бъде точно в долната мантия.
Една от възможностите е, че границата между горната и долната мантия да не е точно там, където сеизмолозите очакват да бъде в района на Бонин, отбелязва Хайди Хюстън (Heidi Houston), геофизик от Университета на Южна Калифорния, неучаствала в новото проуване. Районът край остров Бонин е зона на субдукция, където плоча от океанска кора се гмурка под плоча от континентална кора. Този вид процес може да има изкривяващ ефект.
„Това е сложно място, не знаем къде точно е тази граница между горната и долната мантия“, обяснява Хюстън за Live Science.
Напречно сечение през плитката част на зоната на субдукция, показващо относителните позиции на активна магматична дъга и заддъговия басейн като южната част на дъгата Изу-Бонин-Мариана. CC BY-SA 3.0
Авторите на статията твърдят, че субдуциращата плоча от кората може по същество да се е зацепила достатъчно здраво с долната мантия, за да постави скалите там под огромен стрес, генерирайки достатъчно топлина и налягане, за да предизвика много необичайно счупване. Бърнли обаче подозира, че най-вероятното обяснение е свързано с неправилното поведение на минералите - или поне странното. Континенталната кора, която се спуска към центъра на Земята, е много по-хладна от околните материали, подчертава тя, и това означава, че минералите в района може да не са достатъчно топли, за да завършат фазовите промени, които би трябвало да извършат при даденото налягане.
Отново диамантите и графитът са добър пример, каза Бърнли. Диамантите не се образуват спонтанно на повърхността на Земята, но не се разграждат до графит. Това е така, защото е нужно определено количество енергия, за да могат въглеродните атоми да се пренаредят, а при температури на повърхността на Земята тази енергия не е налична. Освен ако някой не удари диаманта с рентгенов лазер.
Нещо подобно може да се случва в земните дълбини с оливина, обяснява Бърнли. Минералът може да е под достатъчно налягане, за да се трансформира в нечуплива фаза, но ако е твърде студен, защото, да речем, наоколо е гигантска плоча от хладна континентална кора, може да остане оливин. Това може да обясни защо земетресението може да възникне в долната кора - просто там не е толкова горещо, колкото очакват учените.
„Аз смятам, че ако материалът е достатъчно студен, за да създаде достатъчно напрежение, за да го освободи внезапно при земетресение, той също е достатъчно студен, за да може оливинът да остане в своята структура на оливин“, заявява Бърнли.
Каквато и да е причината за земетресението, няма вероятност да се повтаря често, отбелязва Хюстън. Само около половината от зоните на субдукция по света изпитват дълбоки земетресения, а видът голямо земетресение, предшестващо това свръхдълбоко, се случва средно на всеки две до пет години.
„Това е доста рядко явление“, заключава професор Памела Бърнли.
Справка: Lower Mantle Seismicity Following the 2015 Mw 7.9 Bonin Islands Deep-Focus Earthquake
Eric Kiser,Haiyang Kehoe,Min Chen,Amanda Hughes
First published: 26 June 2021 https://doi.org/10.1029/2021GL093111
Източник: Deepest earthquake ever detected should have been impossible
Stephanie Pappas, Live Science.
Още по темата
Земята
„Нов скрит свят“ е открит във вътрешното ядро на Земята
Земята
Цялата земна кора се е похлъзнала на течното ядро преди 84 милиона години
Земята
Вътрешното ядро на Земята расте асиметрично, но планетата ни няма да се преобърне
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари