Paslaptis 600 kilometrų gylyje: netikėta mineralų transformacija gali sukelti giliuosius smūgius
Giliuose Žemės gelmių sluoksniuose, kur slėgis milžiniškas, o uolienos turėtų deformuotis lėtai, jau seniai fiksuojami netikėtai stiprūs žemės drebėjimai. Naujas tyrimas žurnale „Science Advances“ siūlo mechanizmą, kuris paaiškina, kaip tokie smūgiai gali kilti šimtų kilometrų gylyje.
Seismologiniai duomenys rodo, kad ypač daug vadinamųjų giliųjų drebėjimų registruojama mantijos pereinamojoje zonoje maždaug 410–660 kilometrų gylyje. Jie dažniausiai siejami su subdukcija, kai šalta vandenyninė plokštė grimzta po kita plokšte ir panyra gilyn į karštesnę mantiją.
Netikėta olivino transformacija
Pagrindinis šios mįslės veikėjas yra olivinas – vienas gausiausių viršutinės mantijos mineralų. Ilgą laiką dominavo idėja, kad giliuosius drebėjimus sukelia staigus olivino persitvarkymas į tankesnę formą, tačiau buvo problema: šalčiausiose subdukuojančių plokščių dalyse toks virsmas turėtų vykti per lėtai.
Esant palyginti žemai temperatūrai giliai grimztančios plokštės šerdyje, atomų difuzija sulėtėja, todėl tradicinis virsmas, kuris remiasi medžiagos pernaša kristale, neatrodė pakankamai greitas, kad sukeltų staigų lūžį. Vis dėlto būtent tokiose „šaltose“ zonose drebėjimai ir buvo stebimi.
Trūkstama grandis – poirieritas
Tyrėjų komanda, vadovaujama Kohei Matsudos, eksperimentiškai parodė alternatyvų kelią: be difuzijos vykstantį, pseudomartensitinį kristalo persitvarkymą. Tokiu atveju kristalo gardelė persijungia staigiai, veikiama šlyties įtempių, o procesas gali vykti ir žemesnėse temperatūrose.
Eksperimentuose, atkūrus slėgio ir temperatūros sąlygas, būdingas gilioms subdukcijos zonoms, uolienų mėginiuose aptikta reta tarpinė fazė – poirieritas. Jo kristalografinė orientacija atitiko teorinius modelius, kurie prognozuoja būtent staigią, be difuzijos vykstančią olivino transformaciją į ringvuditą.
Kodėl tai sukelia drebėjimą?
Tyrime pabrėžiama, kad poirierito virtimas ringvuditu yra egzoterminis, tai yra, išskiriantis šilumą. Toks staigus šilumos išsiskyrimas gali lokaliai susilpninti uolieną lūžio zonoje, pakeisti jos mechanines savybes ir sudaryti sąlygas greitam slydimui, kuris ir pasireiškia kaip žemės drebėjimas.
Šis paaiškinimas svarbus tuo, kad sujungia du ilgai nederėjusius faktus: giliųjų drebėjimų gausą ir tai, kad šalčiausiose grimztančių plokščių vietose tradiciniai, difuzija paremti virsmai neturėjo veikti pakankamai greitai. Naujas modelis leidžia tikslinti, kaip giliai Žemė perdirba litosferą ir kaip energija bei deformacijos sklinda mantijoje.
Nors tokio gylio drebėjimai paprastai nesukelia tiesioginių katastrofų paviršiuje, jie yra esminis indikatorius, padedantis suprasti plokščių tektonikos dinamiką. Be to, atradimas skatina ieškoti panašių fazinių virsmų ir dar gilesniuose mantijos sluoksniuose, kurie galėtų paaiškinti kitus iki šiol ne iki galo suprastus signalus seismologiniuose įrašuose.
