Новое понимание самых глубоких землетрясений на нашей планете может помочь разгадать один из самых загадочных геофизических процессов на Земле.
Глубокие землетрясения, происходящие на глубине не менее 300 километров от поверхности, обычно не причиняют ущерба, но часто ощущаются широко. Эти землетрясения могут дать ключ к пониманию тектоники плит и структуры недр Земли. Из-за чрезвычайно высоких температур и давлений, при которых происходят глубокие землетрясения, они, вероятно, вызваны другими физическими и химическими процессами, чем землетрясения вблизи поверхности. Но трудно собрать информацию о глубоких землетрясениях, поэтому у ученых нет четкого объяснения того, что их вызывает.
«Мы не можем напрямую увидеть, что происходит там, где происходят глубокие землетрясения», - говорит Магали Биллен, профессор геофизики факультета наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Дэвисе.
Что вызывает глубокие землетрясения?
Биллен строит численные модели зон субдукции, где одна плита погружается под другую, чтобы лучше понять силы, контролирующие тектонику плит. Ее недавняя работа помогает объяснить распределение глубоких землетрясений, показывая, что они чаще всего происходят в областях «высокой деформации», где опускающаяся тектоническая плита изгибается и складывается.
"Эти модели дают убедительные доказательства того, что скорость деформации является важным фактором в управлении тем, где происходят глубокие землетрясения", сказала она.
Новое понимание того, что деформация является основным фактором глубоких землетрясений, должно помочь ученым определить, какие механизмы вызывают глубокие землетрясения, и может дать новые ограничения на структуру и динамику зоны субдукции, сказал Биллен.
«Как только мы лучше поймем физику глубинных землетрясений, мы сможем извлечь еще больше информации о динамике субдукции, ключевой движущей силе тектоники плит», - сказала она.
Ее выводы были опубликованы 27 мая в журнале Science Advances.
Новый способ изучения глубоких землетрясений
Глубокие землетрясения происходят в зонах субдукции - там, где одна из тектонических плит, плавающих на поверхности Земли, погружается под другую и «погружается» в мантию. Внутри опускающихся плит земной коры землетрясения группируются на одних глубинах и редки на других. Например, многие плиты имеют большие пробелы в сейсмической активности на глубине ниже 410 километров.
Разрывы в сейсмичности совпадают с областями плиты, которые деформируются медленнее в численных моделях, сказал Биллен.
«Деформация не везде одинакова в пластине», - сказал Биллен. «Это действительно то, что здесь новенького».
Исследование Биллена изначально не предназначалось для изучения глубоких землетрясений. Скорее, она пыталась понять медленное возвратно-поступательное движение глубоких океанских желобов, где плиты изгибаются вниз в зонах субдукции.
"Из любопытства я решил изобразить деформацию плиты, и когда я посмотрел на график, первое, что пришло мне в голову, было "вау, это похоже на распределение глубоких землетрясений"," она сказала. «Это было полной неожиданностью».
Имитация глубины Земли
Модель Биллена включает в себя последние данные о таких явлениях, как плотность минералов, различные слои в опускающейся плите и экспериментальные наблюдения за поведением горных пород при высоких температурах и давлениях.
«Это первая модель, которая действительно объединяет физические уравнения, описывающие опускание плит, и ключевые физические свойства горных пород», - сказал Биллен.
Результаты не позволяют различать возможные причины глубоких землетрясений. Тем не менее, по словам Биллена, они предоставляют новые способы изучения их причин.
"Учет дополнительного ограничения скорости деформации должен помочь решить, какие механизмы активны в погружающейся литосфере, с возможностью того, что могут потребоваться несколько механизмов", сказала она.
Проект был поддержан стипендией Фонда Александра фон Гумбольдта и премией Национального научного фонда. Вычислительная инфраструктура для геодинамики поддерживает программное обеспечение CitcomS, используемое для численного моделирования.