Βαθιά σεισμοί: Γιατί συμβαίνουν

Οι βαθιές σεισμοί ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1920, αλλά εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο αντιπαράθεσης σήμερα. Ο λόγος είναι απλός: δεν πρέπει να συμβούν. Ωστόσο, αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 20% όλων των σεισμών.

Ρητοί σεισμοί απαιτούν στερεούς βράχους να εμφανιστούν, πιο συγκεκριμένα, ψυχρούς, εύθραυστους βράχους. Μόνο αυτά μπορούν να αποθηκευτούν ελαστική καταπόνηση κατά μήκος μιας γεωλογικής βλάβης, που ελέγχεται με τριβή μέχρις ότου το στέλεχος αφήσει χαλαρά σε μια βίαιη ρήξη.

Η Γη θερμαίνεται κατά περίπου 1 βαθμός C με κάθε 100 μέτρα βάθους κατά μέσο όρο. Συνδυάστε αυτό με υψηλή πίεση υπόγεια και είναι σαφές ότι κατά 50 περίπου χιλιόμετρα κάτω, επάνω κατά μέσο όρο τα πετρώματα πρέπει να είναι πολύ ζεστά και να συμπιέζονται πολύ σφιχτά για να σπάσουν και να αλέσουν τον τρόπο που κάνουν στο επιφάνεια. Έτσι, οι σεισμοί με βαθιά εστίαση, εκείνοι κάτω των 70 χλμ, απαιτούν μια εξήγηση.

Υποβιβασμός μας δίνει τρόπο γύρω από αυτό. Καθώς οι λιθοσφαιρικές πλάκες που συνθέτουν το εξωτερικό κέλυφος της Γης αλληλεπιδρούν, μερικές βυθίζονται προς τα κάτω στο υποκείμενο μανδύα. Καθώς βγαίνουν από το πλάκα-τεκτονικό παιχνίδι παίρνουν ένα νέο όνομα: πλάκες. Αρχικά, οι πλάκες, που τρίβονται πάνω από την επικαλυπτόμενη πλάκα και κάμπτουν κάτω από την πίεση, παράγουν σεισμούς υποθαλάσσιας ρηχού τύπου. Αυτά εξηγούνται καλά. Όμως, καθώς η πλάκα ξεπερνά τα 70 χιλιόμετρα, συνεχίζουν οι κραδασμοί. Διάφοροι παράγοντες πιστεύεται ότι βοηθούν:

• Ο μανδύας δεν είναι ομοιογενής αλλά μάλλον γεμάτος ποικιλία. Ορισμένα μέρη παραμένουν εύθραυστα ή κρύα για πολύ μεγάλους χρόνους. Η ψυχρή πλάκα μπορεί να βρει κάτι σταθερό για να σπρώξει, παράγοντας σεισμούς ρηχού τύπου, αρκετά βαθύτερο από τους ενδείξεις των μέσων όρων. Επιπλέον, η λυγισμένη πλάκα μπορεί επίσης να ξεκολλήσει, επαναλαμβάνοντας την παραμόρφωση που αισθάνθηκε νωρίτερα αλλά με την αντίθετη έννοια.
• Τα ορυκτά στην πλάκα αρχίζουν να αλλάζουν υπό πίεση. Μεταμορφώθηκε βασάλτης και το gabbro στην πλάκα αλλάζει στην blueschist μεταλλική σουίτα, η οποία με τη σειρά της μετατρέπεται σε πλούσιο σε γρανάδα ελογόγια περίπου 50 χιλιόμετρα βάθος. Το νερό απελευθερώνεται σε κάθε βήμα της διαδικασίας ενώ τα πετρώματα γίνονται πιο συμπαγή και μεγαλώνουν πιο εύθραυστα. Αυτό ευθραυστότητα αφυδάτωσης επηρεάζει έντονα τις τάσεις υπόγειας.
• Υπό αυξανόμενη πίεση, οφιοειδής τα ορυκτά στην πλάκα αποσυντίθενται στα ορυκτά ολιβίνη και enstatite συν το νερό. Αυτή είναι η όπισθεν του σχηματισμού οφιοειδών που συνέβη όταν η πλάκα ήταν νεαρή. Θεωρείται ότι είναι πλήρης σε βάθος περίπου 160 χλμ.
• Το νερό μπορεί να προκαλέσει τοπική τήξη στην πλάκα. Οι λιωμένοι βράχοι, όπως σχεδόν όλα τα υγρά, καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο από τα στερεά, οπότε η τήξη μπορεί να σπάσει τα κατάγματα ακόμα και σε μεγάλα βάθη.
• Σε μια ευρεία περιοχή βάθους που κυμαίνεται κατά μέσο όρο 410 χλμ., Η ολιβίνη αρχίζει να αλλάζει σε διαφορετική κρυσταλλική μορφή όμοια με εκείνη του ορυκτού σπινελίου. Αυτό είναι που οι μεταλλολόγοι ονομάζουν αλλαγή φάσης και όχι χημική αλλαγή. μόνο η ποσότητα του ορυκτού επηρεάζεται. Olivine-spinel αλλάζει πάλι σε perovskite μορφή σε περίπου 650 χιλιόμετρα. (Αυτά τα δύο βάθη σηματοδοτούν το μανδύα μεταβατική ζώνη.)
• Άλλες αξιοσημείωτες μεταβολές φάσης περιλαμβάνουν το enstatite-to-ilmenite και το γρανάτης-perovskite σε βάθη μικρότερα των 500 km.

Έτσι υπάρχουν πολλοί υποψήφιοι για την ενέργεια πίσω από τους βαθιούς σεισμούς σε όλα τα βάθη μεταξύ 70 και 700 χιλιομέτρων, ίσως πάρα πολλά. Οι ρόλοι της θερμοκρασίας και του νερού είναι σημαντικοί σε όλα τα βάθη, αν και δεν είναι ακριβώς γνωστοί. Όπως λένε οι επιστήμονες, το πρόβλημα παραμένει ελάχιστα περιορισμένο.

Υπάρχουν μερικές πιο σημαντικές ενδείξεις για γεγονότα βαθιάς εστίασης. Το ένα είναι ότι οι ρωγμές εξελίσσονται πολύ αργά, λιγότερο από το ήμισυ της ταχύτητας των ρηχών ρήξεων, και φαίνεται ότι αποτελούνται από μπαλώματα ή στενά διαχωρισμένα υποκείμενα. Ένας άλλος είναι ότι έχουν λίγες μετασεισμούς, μόνο το ένα δέκατο όσο οι ρηχες σεισμοί κάνουν. Απελευθερώνουν περισσότερο άγχος. δηλαδή, η πτώση του στρες είναι γενικά πολύ μεγαλύτερη για βαθιά από ρηχά γεγονότα.

Μέχρι πρόσφατα, ο συναινετικός υποψήφιος για την ενέργεια των πολύ βαθιων σεισμών ήταν η αλλαγή φάσης από ολιβίνη σε ολιβίνη-σπινέλιο ή μετασχηματισμού. Η ιδέα ήταν ότι θα σχηματίστηκαν λίγοι φακοί ολιβίνης-σπινέλου, θα επεκταθούν σταδιακά και τελικά θα συνδεθούν σε ένα φύλλο. Olivine-spinel είναι μαλακότερο από olivine, επομένως το άγχος θα βρει μια λεωφόρο ξαφνικής απελευθέρωσης κατά μήκος αυτών των φύλλων. Μπορούν να σχηματίσουν στρώματα από λιωμένο βράχο για να λιπάνουν τη δράση, παρόμοια με superfaults στη λιθόσφαιρα, το σοκ θα μπορούσε να προκαλέσει μεγαλύτερη μετασχηματιστική βλάβη και ο σεισμός θα αναπτυχθεί αργά.

Στη συνέχεια σημειώθηκε ο μεγάλος βαθύς σεισμός της Βολιβίας στις 9 Ιουνίου 1994, ένα γεγονός μεγέθους 8,3 σε βάθος 636 χιλιομέτρων. Πολλοί εργαζόμενοι πίστευαν ότι είναι υπερβολική ενέργεια για να αντιληφθεί το μοντέλο μετασχηματισμού. Άλλες δοκιμές απέτυχαν να επιβεβαιώσουν το μοντέλο. Όλοι δεν συμφωνούν. Έκτοτε, οι ειδικοί με βαθιά σεισμό δοκιμάζουν νέες ιδέες, εξευγενίζουν τα παλιά και έχουν μπάλα.