Onderzoekers weten al tientallen jaren dat diepe aardbevingen - die dieper dan 60 kilometer, of ongeveer 60 kilometer onder het aardoppervlak - seismische energie anders uitstralen dan die dichter bij het oppervlak. Maar een systematische benadering om te begrijpen waarom ontbrak.

Nu heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Houston een manier gerapporteerd om seismische golfstralingspatronen in diepe aardbevingen te analyseren, wat suggereert dat wereldwijde diepe aardbevingen in anisotrope rotsen zijn, iets dat nog niet eerder was gedaan. De rotsanisotropie verwijst naar verschillen in voortplantingssnelheden van seismische golven wanneer gemeten langs verschillende richtingen.

Hun bevindingen werden maandag gepubliceerd, 30 juli door het journaal Natuur Geowetenschappen .

De meeste aardbevingen vinden plaats op ondiepe diepten, volgens de U.S. Geological Survey, en ze veroorzaken over het algemeen meer schade dan diepere aardbevingen. Maar er zijn nog steeds substantiële vragen over de oorzaken van diepe aardbevingen.

Normale rotsen zijn ductiel, of buigzaam, op deze grote diepten vanwege de hoge temperatuur en dus niet in staat zijn om op een abrupte manier te scheuren om diepe aardbevingen te veroorzaken, die optreden onder subductiezones waar twee tektonische platen botsen in oceaantroggen. De plaat die eronder wordt geduwd, wordt de subductieplaat genoemd. Het feit dat diepe aardbevingen alleen in deze platen voorkomen, suggereert dat er een ongewoon proces plaatsvindt in de plaat.

Yingcai Zheng, assistent-professor seismische beeldvorming aan het UH College of Natural Sciences and Mathematics en corresponderende auteur voor het artikel, zei dat seismologen hebben geprobeerd diepe aardbevingen te begrijpen sinds het fenomeen werd ontdekt in 1926. Hypothesen omvatten het effect van vloeistoffen, op hol geslagen thermische verwarming of verandering in vaste fase als gevolg van plotselinge ineenstorting van de mineraalkristalstructuur.

Naast Zheng, onderzoekers die bij het werk betrokken zijn, zijn onder meer de eerste auteur Jiaxuan Li, een doctoraat kandidaat bij de afdeling Aard- en Atmosferische Wetenschappen; Leon Thomsen, onderzoekshoogleraar geofysica; Thomas J. Lapen, hoogleraar geologie; en Xinding Fang, adjunct-professor aan de UH en tevens universitair hoofddocent aan de Southern University of Science and Technology China.

"In de afgelopen 50 jaar er is groeiend bewijs dat een groot deel van de diepe aardbevingen niet het dubbelpaar stralingspatroon volgt dat wordt gezien bij de meeste ondiepe aardbevingen, "Zei Zheng. "We gingen kijken waarom dat gebeurt." Het dubbelpaarpatroon wordt veroorzaakt door een afschuifbreuk van een reeds bestaande fout.

Het werk, gefinancierd door de National Science Foundation, gekeken naar mogelijke redenen voor de verschillende stralingspatronen; Zheng zei dat eerdere theorieën suggereren dat diepe aardbevingen voortkomen uit een ander breukmechanisme en mogelijk andere fysieke en chemische processen dan die welke ondiepe aardbevingen veroorzaken.

Maar na bestudering van de stralingspatronen van 1, 057 diepe aardbevingen in zes subductiezones wereldwijd, de onderzoekers vonden een andere verklaring. Ze ontdekten dat het omringende rotsweefsel dat de diepe aardbeving omhult, de seismische straling verandert in een niet-dubbelpaarpatroon. "Zowel de gebruikelijke dubbel-paar stralingspatronen en ongebruikelijke patronen van diepe aardbevingen kunnen gelijktijdig worden verklaard door afschuifbreuk in een gelamineerd rotsweefsel, ' zei Li.

Voordat de subductieplaat de greppel ingaat, het kan zeewater absorberen om gehydrateerde anisotrope mineralen te vormen. Terwijl de plaat in de aardmantel afdaalt, het water kan worden verdreven als gevolg van hoge druk en hoge temperatuuromstandigheden, een proces dat uitdroging wordt genoemd. De uitdroging en sterke afschuiving langs het grensvlak van de plaat kunnen de rots broos maken en leiden tot scheuren bij aardbevingen van gemiddelde diepte, gedefinieerd als die tussen 60 kilometer en 300 kilometer diep (37 mijl tot 186 mijl).

"We ontdekten op deze diepten dat het anisotrope rotsweefsel altijd evenwijdig is aan het plaatoppervlak, hoewel de plaat van plaats tot plaats sterk van richting kan veranderen, ' zei Li.

Anisotropie wordt ook gevonden in gesteenten op nog grotere diepten, wat suggereert dat materialen zoals magnesiet of uitgelijnde carbonatiet-smeltzakken betrokken kunnen zijn bij het genereren van de diepe breuken, aldus de onderzoekers. Omdat de afgeleide anisotropie hoog is - ongeveer 25 procent - is het algemeen aangenomen metastabiele vaste-faseveranderingsmechanisme niet in staat om de benodigde anisotropie te bieden die door de onderzoekers wordt afgeleid.