Глубокие землетрясения: почему они происходят

Глубокие землетрясения были обнаружены в 1920-х годах, но сегодня они остаются предметом споров. Причина проста: они не должны происходить. Тем не менее, они составляют более 20 процентов всех землетрясений.

Мелкие землетрясения требуются твердые породы, в частности, холодные, хрупкие породы. Только они могут накапливать упругая деформация вдоль геологического разлома, контролируемого трением до тех пор, пока напряжение не ослабнет в результате сильного разрыва.

Земля нагревается примерно на 1 градус С, в среднем на каждые 100 метров глубины. Объедините это с высоким давлением под землей, и станет ясно, что примерно на 50 километров вниз в среднем камни должны быть слишком горячими и слишком сжатыми, чтобы треснуть и растереть, как на поверхность. Таким образом, землетрясения с глубокой фокусировкой, ниже 70 км, требуют объяснения.

Субдукция дает нам способ обойти это. Когда литосферные плиты, составляющие внешнюю оболочку Земли, взаимодействуют, некоторые из них погружаются вниз в нижнюю мантию. Когда они выходят из тектонической игры, они получают новое имя: плиты. Сначала плиты, трущиеся о верхнюю плиту и изгибающиеся под напряжением, вызывают субдукционные землетрясения мелкого типа. Это хорошо объяснено. Но когда плита проходит глубже 70 км, удары продолжаются. Считается, что несколько факторов помогут:

• Мантия не однородна, а полна разнообразия. Некоторые части остаются хрупкими или холодными в течение очень долгого времени. Холодная плита может найти что-то твердое, на что можно было бы протолкнуться, создавая землетрясения мелкого типа, немного глубже, чем предполагают средние значения. Кроме того, изогнутая плита может также изгибаться, повторяя деформацию, которую она чувствовала ранее, но в противоположном смысле.
• Минералы в плите начинают меняться под давлением. метаморфизованных базальт и габбро в плите превращается в синеватый минеральный комплекс, который, в свою очередь, превращается в богатый гранатом эклогит на глубине около 50 км. Вода выделяется на каждом этапе процесса, в то время как камни становятся более компактными и становятся более хрупкими. Эта обезвоживающее охрупчивание сильно влияет на подземные стрессы.
• Под растущим давлением, змеевик минералы в плите разлагаются на минералы оливин и энстатит плюс вода. Это обратная сторона серпантинового образования, которое произошло, когда пластинка была молодой. Предполагается, что он завершен на глубине около 160 км.
• Вода может вызвать локальное таяние в плите. Расплавленные породы, как и почти все жидкости, занимают больше места, чем твердые, поэтому таяние может разрушить трещины даже на больших глубинах.
• В широком диапазоне глубин, составляющем в среднем 410 км, оливин начинает меняться в другую кристаллическую форму, идентичную минеральной шпинели. Это то, что минералоги называют изменением фазы, а не химическим изменением; влияет только объем минерала. Оливин-шпинель снова превращается в перовскитную форму около 650 км. (Эти две глубины отмечают мантию переходная зона.)
• Другие заметные фазовые изменения включают энстатит-ильменит и гранат-перовскит на глубинах ниже 500 км.

Таким образом, есть много кандидатов на энергию глубоких землетрясений на всех глубинах от 70 до 700 км, возможно, слишком много. Роль температуры и воды также важна на всех глубинах, хотя точно не известна. Как говорят ученые, проблема до сих пор слабо ограничена.

Есть несколько более важных подсказок о событиях с глубоким фокусом. Один из них заключается в том, что разрывы происходят очень медленно, менее чем в два раза быстрее мелких разрывов, и они, похоже, состоят из пятен или близко расположенных событий. Другая причина заключается в том, что у них мало подземных толчков, только одна десятая от количества мелких землетрясений. Они снимают больше стресса; то есть падение напряжения обычно намного больше для глубоких, чем мелких событий.

До недавнего времени единогласным кандидатом на энергию очень глубоких землетрясений было изменение фазы с оливина на оливин-шпинель или нарушение трансформации. Идея заключалась в том, что маленькие линзы оливин-шпинели будут образовываться, постепенно расширяться и в конечном итоге соединяться в лист. Оливин-шпинель мягче, чем оливин, поэтому стресс может найти путь внезапного высвобождения вдоль этих листов. Слои расплавленной породы могут образовывать смазывающее действие, подобное superfaults в литосфере шок может вызвать более трансформационные разрушения, и землетрясение будет медленно расти.

Затем произошло сильное землетрясение в Боливии 9 июня 1994 года с магнитудой 8,3 на глубине 636 км. Многие работники считали, что это слишком много энергии для модели трансформационных ошибок. Другие тесты не смогли подтвердить модель. Не все согласны. С тех пор специалисты по глубинным землетрясениям пробовали новые идеи, совершенствовали старые и баловались.