Cel mai adânc cutremur detectat vreodată nu ar fi trebuit să fie posibil

Cel mai adânc cutremur s-a petrecut în mantaua inferioară a Pământului, mult mai jos decât cutremurele precedente.

Oamenii de știință au detectat cel mai adânc cutremur produs vreodată, la 751 de kilometri sub suprafața Pământului, scrie Live Science.

• Un fenomen meteo bizar ar putea explica de ce fabricile declanșează ninsori
• Ce au descoperit cercetătorii după ce i-au învățat pe șobolani să conducă?

Această adâncime plasează cutremurul în mantaua inferioară, unde seismologii se așteptau ca cutremurele să fie imposibile. Asta pentru că, la presiuni extreme, rocile au mai multe șanse să se îndoaie și să se deformeze decât să se rupă cu o eliberare bruscă de energie.

Dar mineralele nu se comportă întotdeauna exact așa cum era de așteptat, a spus Pamela Burnley, profesor de geomateriale la University of Nevada, Las Vegas, care nu a fost implicată în cercetare. Chiar și la presiuni în care ar trebui să se transforme în stări diferite, mai puțin predispuse la cutremur, pot persista în vechile configurații.

„Doar pentru că ar trebui să se schimbe nu înseamnă că se vor schimba”, a spus Burnley pentru Live Science. Prin urmare, ceea ce poate dezvălui cutremurul este că granițele din interiorul Pământului sunt mai neclare decât se presupune de obicei.

Depășirea limitei

Cutremurul, raportat pentru prima dată în iunie în jurnalul Geophysical Research Letters, a fost o replică minoră la un cutremur cu magnitudinea de 7,9 care a zguduit Insulele Bonin din Japonia continentală în 2015. Cercetătorii conduși de seismologul Eric Kiser de la University of Arizona au detectat cutremurul folosind sistemul de stații seismice Hi-net din Japonia.

Hi-net este cel mai puternic sistem de detectare a cutremurelor folosit în prezent, a declarat John Vidale, seismolog la University of Southern California, care nu a fost implicat în studiu. Cutremurul a fost mic și nu a putut fi simțit la suprafață, așa că au fost necesare instrumente sensibile pentru a-l găsi.

Adâncimea cutremurului trebuie încă confirmată de alți cercetători, a declarat Vidale pentru Live Science, dar descoperirea pare fiabilă. „Au făcut o treabă bună, așa că tind să cred că probabil este corect”, a spus Vidale.

Acest lucru face ca cel mai adânc cutremur să dea de gândit. Marea majoritate a cutremurelor sunt de mică adâncime, având originea în scoarța terestră și în mantaua superioară în primii 100 de kilometri sub suprafață. În crustă, care se întinde în jos doar aproximativ 20 km în medie, rocile sunt reci și fragile.

Când aceste roci sunt supuse stresului, ele se pot îndoi doar puțin înainte de a se rupe, eliberând energie ca un arc spiralat. Mai adânc în scoarță și în mantaua inferioară, rocile sunt mai fierbinți și sub presiuni mai mari, ceea ce le face mai puțin predispuse la rupere.

Dar la această adâncime, se pot produce cutremure atunci când presiuni mari împing porii plini de lichid din roci, forțând fluidele să iasă. În aceste condiții, rocile sunt, de asemenea, predispuse la rupere fragilă, a spus Burnley.

Aceste tipuri de dinamică pot explica cutremure de până la 400 de kilometri, care se află încă în mantaua superioară. Dar chiar înainte de replicile din Bonin din 2015, au fost observate cutremure în mantaua inferioară, până la aproximativ 670 de kilometri.

Acele cutremure au fost mult timp misterioase, a spus Burnley. Porii din rocile care rețin apa au fost storși, astfel încât fluidele nu mai sunt un declanșator.

„La acea adâncime, credem că toată apa ar trebui să fie îndepărtată și suntem cu siguranță departe, departe de locul în care am observa un comportament fragil clasic”, a spus spus Pamela Burnley, profesor de geomateriale la University of Nevada. „Aceasta a fost întotdeauna o dilemă”.

Minerale schimbătoare

Problema cutremurelor mai adânci de aproximativ 400 de kilometri are de-a face cu modul în care mineralele se comportă sub presiune. O mare parte din mantaua planetei este alcătuită dintr-un mineral numit olivină, care este strălucitor și verde.

La aproximativ 400 de kilometri mai jos, presiunile au făcut ca atomii olivinei să se rearanjeze într-o structură diferită, un mineral albastru numit wadsleyit. Alți 100 de kilometri mai jos, wadsleyita se rearanjează din nou în ringwoodit. În cele din urmă, la aproximativ 680 de kilometri adâncime în manta, ringwooditul se descompune în două minerale, bridgmanit și periclază.

Oamenii de știință nu pot sonda atât de departe direct în Pământ, dar pot folosi echipamente de laborator pentru a recrea presiuni extreme și a crea aceste schimbări la suprafață. Și pentru că undele seismice se mișcă diferit prin diferite faze minerale, geofizicienii pot vedea semne ale acestor schimbări uitându-se la vibrațiile cauzate de cutremure mari.

Această ultimă tranziție marchează sfârșitul mantalei superioare și începutul mantalei inferioare. Ceea ce este important la aceste faze minerale nu sunt numele lor, ci faptul că fiecare se comportă diferit. Este asemănător cu grafitul și cu diamantele, a spus Burnley.

Ambele sunt realizate din carbon, dar în aranjamente diferite. Grafitul este forma care este stabilă la suprafața Pământului, în timp ce diamantele sunt forma care este stabilă în adâncul mantalei. Și ambele se comportă foarte diferit: grafitul este moale, gri și alunecos, în timp ce diamantele sunt extrem de dure și clare.

Pe măsură ce olivina se transformă în expresiile sale de presiune mai mare, devine mai probabil să se îndoaie și mai puțin probabil să se rupă într-un mod care declanșează cutremure.

Geologii au fost nedumeriți de cutremurele din mantaua superioară până în anii 1980 și încă nu sunt cu toții de acord cu privire la motivul pentru care au loc acolo. Burnley și consilierul ei de doctorat, mineralogul Harry Green, au fost cei care au venit cu o potențială explicație.

În experimentele din anii 1980, perechea a descoperit că fazele minerale de olivină nu erau atât de îngrijite și curate. În unele condiții, de exemplu, olivina poate sări peste faza wadsleyit și să se îndrepte direct către ringwoodit. Și chiar la trecerea de la olivină la ringwoodit, sub suficientă presiune, mineralul s-ar putea rupe efectiv în loc să se îndoaie.

„Dacă nu s-ar întâmpla nicio transformare în eșantionul meu, nu s-ar rupe”, a spus Burnley. „Dar în momentul în care avea loc transformarea și o striveam în același timp, s-a spart.”

Burnley și Green și-au raportat descoperirea în revista Nature, sugerând că această presiune în zona de tranziție ar putea explica cutremure sub 400 de kilometri.

Mergând și mai departe, până la cel mai adânc cutremur

Totuși, noul cutremur Bonin este mai adânc decât această zonă de tranziție. La 751 de kilometri mai jos, și-a avut originea într-un loc care ar trebui să fie chiar în mantaua inferioară.

O posibilitate este ca granița dintre mantaua superioară și inferioară să nu fie exact locul în care seismologii se așteaptă ca aceasta să fie în regiunea Bonin, a spus Heidi Houston, geofizician la University of Southern California, care nu a fost implicată în lucrare.

Zona de lângă insula Bonin este o zonă de subducție în care o placă de crustă oceanică se scufundă sub o placă de crustă continentală. Acest tip de lucruri tind să aibă un efect de deformare.

„Este un loc complicat, nu știm exact unde este această graniță dintre mantaua superioară și inferioară”, a spus Houston pentru Live Science.

Autorii lucrării susțin că placa de subducție a crustei s-ar putea să se fi așezat în esență pe mantaua inferioară suficient de ferm pentru a pune rocile acolo sub o cantitate enormă de stres, generând suficientă căldură și presiune pentru a provoca o rupere foarte neobișnuită.

Burnley totuși bănuiește că cea mai probabilă explicație are de-a face cu mineralele care se comportă neașteptat sau cel puțin ciudat. Scoarța continentală care plonjează spre centrul Pământului este mult mai rece decât materialele din jur, a spus ea, și asta înseamnă că mineralele din zonă ar putea să nu fie suficient de calde pentru a finaliza schimbările de fază pe care ar trebui să le facă la o anumită presiune.

Din nou, diamantele și grafitul sunt un exemplu bun, a spus Burnley. Diamantele nu sunt stabile la suprafața Pământului, ceea ce înseamnă că nu s-ar forma spontan, dar nu se degradează în grafit atunci când le lipiți în inelele de logodnă.

Asta pentru că există o anumită cantitate de energie de care atomii de carbon au nevoie pentru a-l rearanja, iar la temperaturile de la suprafața Pământului, acea energie nu este disponibilă. Cu excepția cazului în care cineva atacă diamantul cu un laser cu raze X.

Ceva similar se poate întâmpla în profunzime cu olivina, a spus Burnley. Mineralul s-ar putea să fie sub suficientă presiune pentru a se transforma într-o fază care nu este fragilă, dar dacă este prea rece – să zicem, din cauza unei plăci uriașe de crustă continentală rece de jur împrejur – ar putea rămâne olivină.

Acest lucru ar putea explica de ce cel mai adânc cutremur ar putea avea originea în scoarța inferioară: pur și simplu nu este atât de cald acolo jos pe cât se așteaptă oamenii de știință.

„Gândirea mea generală este că, dacă materialul este suficient de rece pentru a acumula suficient stres pentru a-l elibera brusc într-un cutremur, este, de asemenea, suficient de rece pentru ca olivina să fi rămas blocată în structura sa de olivină”, a spus Pamela Burnley, profesor de geomateriale la University of Nevada, Las Vegas.

Oricare ar fi cauza cutremurului, nu este probabil să se repete des, a spus Heidi Houston, geofizician la University of Southern California. Doar aproximativ jumătate din zonele de subducție din întreaga lume au parte de cutremure profunde, iar tipul de cutremur mare care l-a precedat pe acesta ultra-profund are loc doar o dată la doi până la cinci ani, în medie.

„Acesta este un eveniment destul de rar”, a spus ea.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Experții au identificat o „super-plantă” care poate absorbi poluarea de pe drumurile cu trafic îngreunat

Viermi antici uriași cutreierau cândva pe fundul oceanelor, așteptând să-și înhațe următoarea pradă

O nouă specie de crocodil a fost identificată. Specimenele adulte măsoară trei metri în lungime

Fiinţe fără de care viaţa nu poate exista sau va avea foarte mult de suferit