A tudósok a valaha volt legmélyebb földrengést észlelték, mintegy 751 kilométerre a Föld felszíne alatt. Ez a mélység az alsó köpenyben talá...
A tudósok a valaha volt legmélyebb földrengést észlelték, mintegy 751 kilométerre a Föld felszíne alatt.
Ez a mélység az alsó köpenyben található, ahol a szeizmológusok arra számítottak, hogy a földrengések lehetetlenek. Ennek az az oka, hogy extrém nyomás alatt a sziklák nagyobb valószínűséggel hajlanak meg és deformálódnak, mintsem törnek el a hirtelen energiafelszabadulás következtében.
De az ásványok nem mindig pontosan úgy viselkednek, ahogyan elvárható, mondta Pamela Burnley, a Las Vegas-i Nevadai Egyetem geoanyag professzora, aki nem vett részt a kutatásban. Még olyan nyomásokon is, ahol más, kevésbé rengésveszélyes állapotokká kellene átalakulniuk, régi konfigurációkban maradhatnak.
"Csak azért, mert változniuk kellene, még nem jelenti azt, hogy meg is fognak változni," - mondta Burnley. A földrengés tehát felfedheti, hogy a Földön belüli határok homályosabbak, mint ahogy azt gyakran becsülik.
A határ átlépése
A földrengés, amelyről először júniusban számoltak be a Geophysical Research Letters folyóiratban, egy kisebb utórengése volt egy 7,9-es erősségű földrengésnek, amely 2015-ben rázta meg a Bonin-szigeteket Japán szárazföldi része mellett. Az Arizonai Egyetem szeizmológusa, Eric Kiser által vezetett kutatók a japán Hi-net rendszer segítségével észlelték a rengést, ami szeizmikus állomásokból áll. (1)
A Hi-net a jelenleg használatban lévő legerősebb rendszer a földrengések észlelésére, mondta John Vidale, a Dél-Kaliforniai Egyetem szeizmológusa, aki nem vett részt a tanulmányban. A rengés kicsi volt, és a felszínen nem lehetett érezni, ezért érzékeny műszerekre volt szükség a megtalálásához.
A földrengés mélységét még meg kell erősíteni más kutatóknak, mondta Vidale, de az észlelés megbízhatónak tűnik. "Jó munkát végeztek, ezért hajlamos vagyok azt gondolni, hogy valószínűleg ez helyes," - mondta Vidale.
A földrengések túlnyomó többsége sekély mélységből, a földkéregből és a felső köpenyből ered, a felszín alatti 100 km-en belül.
A kéregben, amely átlagosan csak körülbelül 20 km-re nyúlik le, a sziklák hidegek és törékenyek. Burnley szerint amikor ezek a sziklák stressznek vannak kitéve, csak egy kicsit hajlanak meg, mielőtt eltörnének, és energiát szabadítanak fel, mint egy tekercsrugó.
Mélyebben a kéregben és az alsó köpenyben a sziklák forróbbak és nagyobb nyomás alatt vannak, ami kevésbé hajlamos a törésre. De ebben a mélységben is történhetnek földrengések, amikor a nagy nyomás megnyomja a kőzetek folyadékkal teli pórusait, és kikényszeríti a folyadékokat. Ilyen körülmények között a sziklák is hajlamosak a rideg törésre, mondta Burnley.
Ez a fajta dinamika megmagyarázhatja a 400 km mély földrengéseket, ami még mindig a köpeny felső részén van. De még a 2015-ös bonini utórengés előtt is megfigyeltek rengéseket a köpeny alsó részén, körülbelül 670 km-ig.
Ezek a rengések régóta titokzatosak, mondta Burnley. A sziklák pórusai, amelyek vizet tartalmaznak, összeszorultak, így a folyadékok többé nem kiváltó okok.
"Azt gondoljuk, hogy ilyen mélységben az összes vizet el kell távolítani, és határozottan messze vagyunk attól, ahol a klasszikus rideg viselkedést látnánk," - mondta. "Ez mindig is dilemma volt."
Változó ásványi anyagok
A 400kilomternél mélyebb földrengések problémája az ásványok nyomás alatti viselkedésével kapcsolatos. A bolygó köpenyének nagy része egy olivin nevű ásványból áll, amely fényes és zöld.
Körülbelül 400 kilométerrel lejjebb a nyomás hatására az olivin atomjai egy másik struktúrába rendeződnek át, és a wadsleyit nevű kékes ásvánnyá alakulnak. További 100 km-rel mélyebben a wadsleyit ringwoodittá rendeződik át. Végül körülbelül 680 kilométer mélyen a köpenyben a ringwoodit két ásványra bomlik, bridgmanitra és periklázra.
A geotudósok természetesen nem tudnak ilyen messzire lehatolni közvetlenül a Földbe, de laboratóriumi berendezésekkel képesek újrateremteni a szélsőséges nyomásokat, és előidézni ezeket a változásokat a felszínen. És mivel a szeizmikus hullámok eltérően mozognak a különböző ásványi fázisokon keresztül, a geofizikusok a nagy földrengések okozta rezgések alapján láthatják ezeknek a változásoknak a jeleit.
Ez az utolsó átmenet jelzi a felső köpeny végét és az alsó köpeny kezdetét. Ezekben az ásványi fázisokban nem a nevük a fontos, hanem az, hogy mindegyik másképp viselkedik. Hasonló a grafithoz és a gyémántokhoz, mondta Burnley.
Mindkettő szénből áll, de eltérő elrendezésben. A grafit az a forma, amely stabil a Föld felszínén, míg a gyémánt az, amely a köpeny mélyén stabil. És mindkettő nagyon eltérően viselkedik: a grafit puha, szürke és csúszós, míg a gyémánt rendkívül kemény és tiszta.
Ahogy az olivin átalakul magasabb nyomású fázisokká, nagyobb valószínűséggel hajlik meg, és kevésbé valószínű, hogy földrengést okozó módon törik.
A geológusok egészen az 1980-as évekig értetlenül álltak a köpeny felső részének földrengései előtt, és még mindig nem mindenki ért egyet abban, hogy miért fordulnak elő ott. Burnley és doktori tanácsadója, Harry Green ásványkutató volt az, aki előállt a lehetséges magyarázattal.
Az 1980-as években végzett kísérletek során a páros megállapította, hogy az olivin ásványi fázisai nem voltak olyan rendezettek és tiszták. Bizonyos körülmények között például az olivin átugorhatja a wadsleyite fázist, és egyenesen ringwoodittá alakul át. És közvetlenül az olivinről a ringwooditra való átmenetnél, kellő nyomás alatt az ásvány megtörhet, ahelyett, hogy meghajolna.
"Ha nem történik átalakulás a mintában, nem törne össze," - mondta Burnley. "De abban a pillanatban, amikor átalakulás történik és egyidejűleg összenyomódik, akkor összetörik."
Burnley és Green 1989-ben számoltak be a felfedezésükről a Nature folyóiratban, és azt sugallják, hogy ennek az átmeneti zónának a nyomása megmagyarázhatja a 400 kilométer alatti földrengéseket.
Mélyebbre menni
Az új bonini földrengés azonban mélyebben következett be, mint ez az átmeneti zóna. 751 kilométerrel lejjebb olyan helyről eredt, amelynek pontosan az alsó köpenyben kell lennie.
Az egyik lehetőség az, hogy a felső és az alsó köpeny közötti határ nem pontosan ott van, ahol a szeizmológusok várják a Bonin régióban, mondta Heidi Houston, a Dél-Kaliforniai Egyetem geofizikusa, aki nem vett részt a munkában.
A Bonin-szigetek melletti terület egy szubdukciós zóna, ahol egy óceáni kéregréteg egy kontinentális kéreg alá bukik. Az ilyesmi hajlamos vetemedési hatást kiváltani.
"Ez egy bonyolult hely, nem tudjuk pontosan, hol van ez a határ a felső és az alsó köpeny között," - mondta Houston.
A cikk szerzői azzal érvelnek, hogy az alábukó kéreg lényegében elég szilárdan rátelepedhetett az alsó köpenyre ahhoz, hogy a sziklákat hatalmas feszültség alá helyezze, ami elég hőt és nyomást termel ahhoz, hogy nagyon szokatlan törést okozzon.
Burnley azonban azt gyanítja, hogy a legvalószínűbb magyarázat az ásványok rossz - vagy legalábbis furcsa - viselkedésére vezethető vissza.
A Föld közepe felé zuhanó kontinentális kéreg sokkal hűvösebb, mint a környező anyagok - mondta, ami azt jelenti, hogy a területen található ásványok esetleg nem elég melegek ahhoz, hogy az adott nyomáson végbemenjenek a fázisváltozások.
Ismét jó példa a gyémánt és a grafit, mondta Burnley. A gyémántok nem stabilak a Föld felszínén, ami azt jelenti, hogy nem képződnek spontán módon, de nem bomlanak le grafittá, ha eljegyzési gyűrűbe ragasztják őket.
Ennek az az oka, hogy van egy bizonyos mennyiségű energia, amely haására a szénatomok átrendeződnek, és a Föld felszíni hőmérsékletén ez az energia nem áll rendelkezésre. (Kivéve, ha valaki a gyémántot röntgenlézerrel kezeli.)
Valami hasonló történhet ebben a mélységben az olivinnel is, mondta Burnley. Lehet, hogy az ásvány kellő nyomás alatt van ahhoz, hogy nem rideg fázissá alakuljon át, de ha túl hideg, mondjuk a körülötte lévő hatalmas hideg kontinentális kéreg miatt, akkor olivinszerű maradhat.
Ez megmagyarázhatja, hogy miért keletkezhet földrengés az alsó kéregben: nincs olyan meleg odalent, mint ahogy a tudósok várják.
"Általános véleményem az, hogy ha az anyag elég hideg ahhoz, hogy elég feszültséget hozzon létre ahhoz, hogy hirtelen felszabaduljon egy földrengés során, akkor ahhoz is elég hideg, hogy az olivin megrekedjen ebben a szerkezetében," - mondta Burnley.
Bármi legyen is a rengés oka, nem valószínű, hogy gyakran ismétlődik, mondta Houston. A világ szubdukciós zónáinak csak körülbelül a felében tapasztalnak mély földrengéseket, és az a fajta nagy rengés, amely ezt az ultramély mozgást megelőzte, átlagosan csak kettő-öt évente fordul elő.
"Ez egy nagyon ritka esemény," - mondta. (2)
(1) - https://agupubs.onlinelibrary.wiley
(2) - https://www.sciencealert.com/deep
