Užfiksuotas giliausias žemės drebėjimas istorijoje, kuris laikytas „neįmanomu“: kas čia įvyko ir ką tai reiškia?

Tokiame gylyje žemės drebėjimas įvyko apatinėje mantijoje, kur seismologai tikėjosi, kad žemės drebėjimai neįmanomi. Taip yra todėl, kad esant dideliam slėgiui uolienos labiau linkusios lankstytis ir deformuotis, o ne lūžti staiga išsiskyrus energijai, praneša „Live Science“.

Ribos peržengimas

Žemės drebėjimas, apie kurį pirmą kartą pranešta birželio mėn. žurnale „Geophysical Research Letters“, buvo nedidelis 7,9 balo žemės drebėjimo, kuris 2015 m. sukrėtė Bonino salas (dar žinomas kaip Ogasavaros salas) prie žemyninės Japonijos dalies, pakartotinis smūgis.

Arizonos universiteto seismologo Eriko Kiserio vadovaujami mokslininkai drebėjimą užfiksavo naudodamiesi Japonijos seisminių stočių „Hi-net“ tinklu. Kaip rašoma „Live Science“, šis tinklas yra galingiausia šiuo metu naudojama žemės drebėjimų aptikimo sistema.

Žemės drebėjimas buvo nedidelis ir negalėjo būti juntamas paviršiuje, todėl jam aptikti reikėjo jautrių prietaisų. Žemės drebėjimo gylį dar turi patvirtinti kiti tyrėjai, tačiau išvada atrodo patikima.

Šis drebėjimas kelia šiokį tokį galvosūkį: didžioji dauguma žemės drebėjimų yra negilūs – jie kyla Žemės plutoje ir viršutinėje mantijoje 100 km po žemės paviršiumi. Žemės plutoje, kuri vidutiniškai tęsiasi tik apie 20 km, uolienos yra šaltos ir trapios. Kai šios uolienos patiria įtampą, jos gali tik šiek tiek sulinkti, o paskui sulūžti, išlaisvindamos energiją.

Giliau plutoje ir apatinėje mantijoje uolienos yra karštesnės ir jose didesnis slėgis, todėl jos mažiau linkusios lūžti, rašoma „Live Science“. Tačiau šiame gylyje žemės drebėjimai gali įvykti, kai didelis slėgis spaudžia uolienose esančias skysčių pripildytas poras ir išstumia skysčius. Tokiomis sąlygomis uolienos taip pat yra linkusios trapiai lūžti.

Tokia dinamika galima paaiškinti žemės drebėjimus iki 400 km gylyje, kuris vis dar yra viršutinėje mantijoje. Tačiau dar iki 2015 m. Bonino požeminio smūgio žemės drebėjimai buvo stebimi apatinėje mantijoje, maždaug iki 670 km.

Šie drebėjimai ilgą laiką buvo paslaptingi: uolienose esančios poros, kuriose yra vandens, buvo užspaustos, todėl skysčiai nebėra drebėjimą sukeliantis veiksnys.

Besikeičiantys mineralai

Problema, susijusi su žemės drebėjimais, vykstančiais giliau nei maždaug 400 km, susijusi su tuo, kaip mineralai elgiasi veikiami slėgio.

Didžiąją planetos mantijos dalį sudaro mineralas olivinas, kuris yra blizgus ir žalias. Maždaug 400 km gylyje dėl slėgio olivino atomai persiskirstė į kitą struktūrą – melsvą mineralą, vadinamą vadsleitu. Dar 100 km gylyje vadsleitas vėl persitvarko į ringvuditą.

Galiausiai maždaug 680 km gylyje mantijoje ringvuditas suskyla į du mineralus – bridgmanitą ir periklazą. Geologai, žinoma, negali tiesiogiai ištirti tokio gylio Žemės gelmių, tačiau jie gali naudoti laboratorinę įrangą, kad atkurtų ekstremalų slėgį ir sukurtų šiuos pokyčius Žemės paviršiuje. Kadangi seisminės bangos skirtingai juda per skirtingas mineralų fazes, geofizikai gali pastebėti šių pokyčių požymius stebėdami didelių žemės drebėjimų sukeltus virpesius.

Šis paskutinis perėjimas žymi viršutinės mantijos pabaigą ir apatinės mantijos pradžią. Svarbu ne šių mineralinių fazių pavadinimai, o tai, kad kiekvienas jų elgiasi skirtingai.

Geologai iki pat 1980-ųjų buvo suglumę dėl viršutinėje mantijoje vykstančių žemės drebėjimų ir vis dar nesutaria, kodėl jie ten vyksta. P.Burnley ir jos daktaro disertacijos vadovas, mineralogas Harry Greenas, buvo tie, kurie pasiūlė galimą paaiškinimą. Atlikdami eksperimentus devintajame dešimtmetyje jie nustatė, kad olivino mineralinės fazės nėra tokios švarios ir tvarkingos. Pavyzdžiui, kai kuriomis sąlygomis olivinas gali praleisti vadsleito fazę ir pereiti tiesiai į kiras. O kaip tik perėjimo iš olivino į ringvuditą metu, esant pakankamam slėgiui, mineralas iš tikrųjų gali lūžti, o ne sulinkti.

Žengimas gilyn

Tačiau naujasis Bonino žemės drebėjimas yra giliau nei ši pereinamoji zona. 750 km gylyje jis kilo vietoje, kuri turėtų būti apatinėje mantijoje.

Viena iš galimybių yra ta, kad riba tarp viršutinės ir apatinės mantijos tiesiog nėra tiksliai ten, kur seismologai tikėjosi, kad ji yra Bonino regione, „Live Science“ sakė Heidi Hiuston, Pietų Kalifornijos universiteto geofizikė. Teritorija prie Bonino salos yra subdukcijos zona, kurioje vandenyno plutos plokštė neria po žemyninės plutos plokšte. Tokie dalykai turi tendenciją deformuotis.

Straipsnio autoriai teigia, kad subdukcinė plutos plokštė iš esmės galėjo pakankamai tvirtai prisiglausti prie apatinės mantijos, kad ten esančios uolienos patirtų milžinišką įtampą, dėl kurios susidarė pakankamai šilumos ir slėgio, kad įvyktų labai neįprastas lūžis.

Tačiau mokslininkė teigia, kad labiausiai tikėtinas paaiškinimas yra susijęs su mineralais, kurie elgiasi blogai – ar bent jau keistai. Jos teigimu, žemyno pluta, grimztanti į Žemės centrą, yra daug vėsesnė už aplinkines medžiagas, o tai reiškia, kad mineralai šioje vietovėje gali būti nepakankamai šilti, kad užbaigtų fazinius pokyčius, kurie turėtų vykti esant tam tikram slėgiui.

Kad ir kokia būtų žemės drebėjimo priežastis, mažai tikėtina, kad jis pasikartos dažnai. Toks didelis drebėjimas, koks buvo prieš šį itin gilų drebėjimą, vidutiniškai įvyksta tik kas dvejus-penkerius metus.