Najdublji zemljotres ikada detektovan nastao na mestu gde ne bi trebalo

08/02/2022 18:42

Povezane objave

Dotični zemljotres se dogodio u donjem omotaču Zemlje, znatno dublje od prethodnih potresa.

Naučnici su otkrili najdublji zemljotres ikada detektovan, neverovatan 751 kilometar ispod površine Zemlje. Ta dubina podrazumeva da se potres dogodio u donjem omotaču, gde su seizmolozi smatrali da su zemljotresi nemogući. Razlog je taj što je pod ekstremnim pritiscima veća verovatnoća da će se stene savijati i deformisati nego što će se lomiti iznenadnim oslobađanjem energije.

Međutim, minerali se ne ponašaju uvek tačno onako kako se očekuje, rekla je Pamela Barnli, profesorka geomaterijala na Univerzitetu Nevada u Las Vegasu, koja nije bila uključena u istraživanje. Čak i pri pritiscima gde bi trebalo da se transformišu u različita stanja manje sklona potresima, mogu ostati u starim konfiguracijama.

„Samo zato što bi trebalo da se promene ne znači da hoće“, rekla je Barnli. Ono što zemljotres može otkriti je da su granice unutar Zemlje varljivije nego što im se često pripisuje.

Probijanje barijere

Zemljotres, o kojem se prvi put izvestilo u junu u časopisu Geophysical Research Letters, bio je manji naknadni potres zemljotresa od 7,9 stepeni po Rihterovoj skali, koji je pogodio ostrva Bonin kod Japana 2015.

Istraživači predvođeni seizmologom Univerziteta Arizone, Erikom Kiserom otkrili su potres koristeći japanski Hi-net niz seizmičkih stanica. Ovaj niz je najmoćniji sistem za otkrivanje zemljotresa koji se trenutno koristi, rekao je Džon Videjl, seizmolog sa Univerziteta Južne Kalifornije koji nije bio uključen u studiju.

Zemljotres je bio mali i nije se mogao osetiti na površini, pa su bili potrebni osetljivi instrumenti da bi se locirao. Dubinu zemljotresa još uvek treba da potvrde drugi istraživači, rekao je Videjl, ali nalaz izgleda pouzdano.

“Oni su uradili dobar posao, tako da sam sklon da mislim da je to verovatno u redu”, rekao je Videjl. Ipak, ovaj potres nas nagoni da se zapitamo u vezi s nekim stvarima. Ogromna većina zemljotresa je plitka, poreklom iz Zemljine kore i gornjeg omotača unutar prvih 100 kilometara ispod površine. U kori, koja se prostire u proseku samo oko 20 kilometara dubine, stene su hladne i krhke. Kada se ove stene podvrgnu opterećenju, kaže Barnli, mogu se samo malo savijati pre nego što se slome, oslobađajući energiju poput namotane opruge.

Dublje u kori i nižem omotaču, stene su toplije i pod većim pritiscima, što ih čini manje sklonim lomljenju. Međutim, na ovoj dubini, zemljotresi se mogu desiti kada visoki pritisci gurnu pore ispunjene tečnošću u stenama, terajući tečnosti napolje. Pod ovim uslovima, stene su takođe sklone krhkom lomljenju, rekla je Barnli.

Ovakva dinamika može objasniti potrese do 400 kilometara ispod površine, što je još uvek u gornjem omotaču. Međutim, čak i pre naknadnog potresa u Boninu 2015. godine, potresi su primećeni u donjem omotaču, do oko 670 kilometara ispod površine. Ti potresi su dugo bili misteriozni, rekla je Barnli. Pore u stenama koje drže vodu su zatvorene, tako da tečnosti više nisu okidač.

„Na toj dubini, mislimo da bi sva voda trebalo da bude istisnuta, i definitivno smo daleko, daleko od mesta gde bismo videli klasično krto ponašanje“, rekla je ona. „Ovo je uvek bila dilema.”

Transformacija minerala

Problem sa zemljotresima dubljim od oko 400 kilometara ima veze s načinom na koji se minerali ponašaju pod pritiskom. Veći deo omotača planete sastoji se od minerala zvanog olivin, koji je sjajan i zelen. Oko 400 kilometara niže, pritisci su doveli do toga da se atomi olivina preurede u drugačiju strukturu, plavičasti mineral nazvan wadsleyite, prvi put pronađen u Alberti (Kanada) u „Pisriver“ meteoritu. Još 100 kilometar dublje, wadsleyite se zatim preuređuje u ringvudit. Konačno, oko 680 kilometara duboko u omotaču, ringvudit se raspada na dva minerala, bridžmanit i periklaz.

Geolozi, naravno, ne mogu direktno da istražuju tako duboko unutar Zemljine kore, ali mogu da koriste laboratorijsku opremu u cilju rekreiranja ekstremnih pritisaka i imitiraju ove promene na površini. Budući da se seizmički talasi kreću različito kroz različite mineralne faze, geofizičari mogu da uoče znake ovih promena posmatrajući vibracije izazvane velikim zemljotresima.

Taj poslednji prelaz označava kraj gornjeg omotača i početak donjeg. Ono što je važno za ove mineralne faze nisu njihova imena, već da se svaka ponaša drugačije.

Slična situacija je s grafitom i dijamantima, rekla je Barnli. Oba su napravljena od ugljenika, ali u različitim aranžmanima. Grafit je oblik koji je stabilan na površini Zemlje, dok su dijamanti oblik koji je stabilan duboko u omotaču. I oba se ponašaju veoma različito: grafit je mekan, siv i klizav, dok su dijamanti izuzetno čvrsti i prozirni.

Kako se olivin pretvara u svoje forme uslovljene visokim pritiskom, postaje veća verovatnoća da će se savijati i manje je verovatno da će se slomiti na način koji izaziva zemljotrese.

Geolozi su bili zbunjeni zemljotresima u gornjem omotaču sve do 1980-ih, i još uvek se ne slažu svi oko toga zašto se tamo dešavaju. Barnli i njen doktorski savetnik, mineralog Hari Grin, bili su ti koji su došli do mogućeg objašnjenja. Naime, u eksperimentima tokom osamdesetih, ovaj par je otkrio da mineralne faze olivina nisu tako uredne i čiste. U nekim uslovima, na primer, olivin može preskočiti fazu wadsleyitea i krenuti pravo ka ringvuditu. I tačno na prelazu iz olivina u ringvudit, pod dovoljnim pritiskom, mineral bi mogao da se slomi umesto da se savije.

„Da nije došlo do transformacije u mom uzorku, on se ne bi slomio“, rekla je Barnli. „Međutim, onog trenutka kada bi se desila transformacija i kada bih ga istovremeno gnječila, on bi se slomio.“

Barnli i Grin su objavili svoje otkriće 1989. u časopisu Nature, sugerišući da bi ovaj pritisak u prelaznoj zoni mogao da objasni zemljotrese ispod 400 kilometara dubine.

Idući dublje

Međutim, novi zemljotres u Boninu je bio dublji od ove prelazne zone. Na 751 kilometar ispod površine Zemlje, nastao je na mestu koje bi trebalo da bude tačno u donjem omotaču. Jedna od mogućnosti je da granica između gornjeg i donjeg omotača jednostavno nije tamo gde seizmolozi očekuju da bude u regionu Bonina, rekla je Hajdi Hjuston, geofizičarka sa Univerziteta Južne Kalifornije, koja nije bila uključena u rad.

Područje kod ostrva Bonin je zona subdukcije u kojoj ploča okeanske kore uranja ispod ploče kontinentalne kore. Ovakve stvari imaju tendenciju da imaju efekat savijanja. „To je komplikovano mesto, ne znamo tačno gde je ova granica između gornjeg i donjeg omotača“, rekla je Hjuston. Autori tvrde da je ploča kore koja se podiže možda u suštini nalegla na donji omotač dovoljno čvrsto da stavi stene tamo pod ogromno opterećenje, stvarajući dovoljno toplote i pritiska da izazove veoma neobičan lom.

Barnli, međutim, sumnja da je najverovatnije objašnjenje povezano s neadekvatnim ponašanjem minerala, ili bar čudnim. Kontinentalna kora koja uranja prema centru Zemlje je mnogo hladnija od okolnih materijala, rekla je ona, a to znači da minerali u tom području možda nisu dovoljno topli da završe fazne promene koje bi trebalo da izvrše pri datom pritisku.

Opet, dijamanti i grafit su dobar primer, kaže Barnli. Dijamanti nisu stabilni na površini Zemlje, što znači da se ne bi spontano formirali, ali se ne razgrađuju u grafit kada ih zalepite u vereničko prstenje. To je zato što postoji određena količina energije koju atomi ugljenika treba da preurede, a pri temperaturama na površini Zemlje ta energija nije dostupna (osim ako neko ne ubije dijamant rendgenskim laserom). Nešto slično se može dogoditi na dubini sa olivinom, kaže Barnli. Mineral bi mogao biti pod dovoljnim pritiskom da se transformiše u nekrhku fazu, ali ako je previše hladan, recimo, zbog ogromne ploče hladne kontinentalne kore svuda oko njega, mogao bi ostati olivin.

Ovo bi moglo da objasni zašto bi zemljotres mogao nastati u donjoj kori: dole jednostavno nije tako vruće kao što naučnici očekuju. „Moje opšte mišljenje je da ako je materijal dovoljno hladan da stvori dovoljno napregnutosti da je iznenada oslobodi u zemljotresu, onda je isto tako dovoljno hladan da se olivin zadrži u svojoj strukturi“, rekla je Barnli.

Šta god da je uzrok zemljotresa, verovatno se neće često ponavljati, kaže Hjuston. Samo oko polovine zona subdukcije širom sveta doživljava duboke zemljotrese, a vrsta velikog zemljotresa koja je prethodila ovom ultradubokom dešava se u proseku samo svake dve do pet godina. „Ovo je prilično retka pojava“, rekla je ona.