Исследователи десятилетиями знали, что глубокие землетрясения - те, что глубже 60 километров, или около 37 миль ниже поверхности Земли - излучают сейсмическую энергию иначе, чем те, которые возникают ближе к поверхности. Но систематического подхода к пониманию причин не хватало.
Теперь группа исследователей из Университета Хьюстона сообщила о способе анализа характеристик излучения сейсмических волн при глубоких землетрясениях, чтобы предположить, что глобальные глубокие землетрясения происходят в анизотропных породах, чего раньше не делали. Анизотропия горных пород относится к различиям в скорости распространения сейсмических волн при измерении в разных направлениях.
Их выводы были опубликованы в понедельник, 30 июля, в журнале Nature Geoscience.
Большинство землетрясений происходит на небольшой глубине, по данным Геологической службы США, и обычно они наносят больший ущерб, чем более глубокие землетрясения. Но остаются существенные вопросы о причинах глубоких землетрясений.
Обычные горные породы пластичны или податливы на таких больших глубинах из-за высокой температуры и, таким образом, не могут внезапно разорваться, чтобы вызвать глубокие землетрясения, которые происходят ниже зон субдукции, где две тектонические плиты сталкиваются в океане. траншеи. Проталкиваемая плита называется погружающейся плитой. Тот факт, что глубокие землетрясения происходят только в этих плитах, предполагает, что внутри плиты происходят какие-то необычные процессы.
Инцай Чжэн, доцент кафедры сейсмической визуализации в Колледже естественных наук и математики Университета штата Нью-Йорк и автор соответствующей статьи, сказал, что сейсмологи стремились понять глубинные землетрясения с тех пор, как это явление было открыто в 1926 году. Гипотезы включают влияние флюидов, неконтролируемый тепловой нагрев или изменение твердой фазы из-за внезапного разрушения кристаллической структуры минерала.
Помимо Чжэна, среди исследователей, участвующих в работе, есть первый автор Цзясюань Ли, доктор философии. кандидат кафедры наук о Земле и атмосфере; Леон Томсен, профессор-исследователь геофизики; Томас Дж. Лапен, профессор геологии; и Xinding Fang, адъюнкт-профессор UH и по совместительству доцент Южного университета науки и технологий Китая.
«За последние 50 лет появляется все больше свидетельств того, что большая часть глубоких землетрясений не следует схеме излучения с двойной парой, наблюдаемой в большинстве мелких землетрясений», - сказал Чжэн. «Мы решили выяснить, почему это происходит». Образец двойной пары вызван сдвиговым разрывом ранее существовавшего разлома.
Работа, финансируемая Национальным научным фондом, рассматривала возможные причины различных диаграмм направленности; Чжэн сказал, что более ранние теории предполагают, что глубокие землетрясения происходят из-за другого механизма разрушения и, возможно, других физических и химических процессов, чем те, которые вызывают неглубокие землетрясения.
Но изучив диаграммы направленности 1057 глубоких землетрясений в шести зонах субдукции по всему миру, исследователи нашли другое объяснение. Они обнаружили, что окружающая каменная ткань, окружающая глубокое землетрясение, изменяет сейсмическое излучение, превращая его в недвойную пару. «Как обычные диаграммы направленности двойной пары, так и необычные картины глубоких землетрясений могут быть одновременно объяснены сдвиговым разрывом в слоистой ткани горных пород», - сказал Ли.
Прежде чем погружающаяся плита войдет в траншею, она может поглотить морскую воду с образованием гидратированных анизотропных минералов. По мере того, как плита опускается в мантию Земли, вода может вытесняться из-за высокого давления и высоких температур, процесс, известный как обезвоживание. Дегидратация и сильный сдвиг вдоль границы раздела плиты могут сделать породу хрупкой и привести к разрыву при землетрясениях средней глубины, определяемых как землетрясения на глубине от 60 до 300 километров (от 37 до 186 миль).
«На этих глубинах мы обнаружили, что анизотропная ткань породы всегда параллельна поверхности плиты, хотя плита может сильно менять направление от места к месту», - сказал Ли.
Анизотропия также обнаруживается в породах на еще большей глубине, что предполагает, что такие материалы, как магнезит или выровненные карбонатитовые карманы расплава, могут быть вовлечены в образование глубоких разрывов, говорят исследователи. Поскольку предполагаемая анизотропия высока - около 25 процентов - широко распространенный механизм превращения метастабильной твердой фазы не в состоянии обеспечить необходимую анизотропию, предполагаемую исследователями..