Een nieuw begrip van de diepste aardbevingen van onze planeet zou kunnen helpen bij het ontrafelen van een van de meest mysterieuze geofysische processen op aarde.

Diepe aardbevingen - die minstens 300 kilometer onder het oppervlak liggen - veroorzaken doorgaans geen schade, maar ze worden vaak algemeen gevoeld. Deze aardbevingen kunnen essentiële aanwijzingen geven voor het begrijpen van platentektoniek en de structuur van het binnenste van de aarde. Vanwege de extreem hoge temperatuur en druk waar diepe aardbevingen plaatsvinden, ze komen waarschijnlijk voort uit andere fysische en chemische processen dan aardbevingen aan de oppervlakte. Maar het is moeilijk om informatie te verzamelen over diepe aardbevingen, dus wetenschappers hebben geen solide verklaring voor wat ze veroorzaakt.

"We kunnen niet direct zien wat er gebeurt waar diepe aardbevingen plaatsvinden, " zei Magali Billen, hoogleraar geofysica aan het UC Davis Department of Earth and Planetary Sciences.

Wat veroorzaakt diepe aardbevingen?

Billen bouwt numerieke simulaties van subductiezones, waar de ene plaat onder de andere zakt, om de krachten die platentektoniek beheersen beter te begrijpen. Haar recente werk helpt bij het verklaren van de verspreiding van diepe aardbevingen, waaruit blijkt dat ze het vaakst toeslaan in gebieden met "hoge spanning" waar een zinkende tektonische plaat buigt en plooit.

"Deze modellen leveren overtuigend bewijs dat de reksnelheid een belangrijke factor is bij het controleren waar diepe aardbevingen plaatsvinden, " ze zei.

Het nieuwe inzicht dat vervorming een belangrijke factor is bij diepe aardbevingen, zou wetenschappers moeten helpen bij het oplossen van welke mechanismen diepe aardbevingen veroorzaken en kan nieuwe beperkingen opleggen aan de structuur en dynamiek van subductiezones, zei Billen.

"Zodra we de fysica van diepe aardbevingen beter begrijpen, zullen we in staat zijn om nog meer informatie te extraheren over de dynamiek van subductie, de belangrijkste aanjager van platentektoniek, " ze zei.

Haar bevindingen werden op 27 mei gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Nieuwe manier om diepe aardbevingen te bestuderen

Diepe aardbevingen vinden plaats in subductiezones - waar een van de tektonische platen die op het aardoppervlak drijft onder een andere duikt en in de mantel wordt "ondergedompeld". Binnen de zinkende platen van korst, aardbevingen clusteren op sommige diepten en zijn schaars in andere. Bijvoorbeeld, veel platen vertonen grote hiaten in seismische activiteit onder de 410 kilometer diepte.

De gaten in seismiciteit komen overeen met delen van de plaat die langzamer vervormen in de numerieke modellen, zei Billen.

"Vervorming is niet overal hetzelfde in de plaat, ' zei Billen. 'Dat is echt nieuw hier.'

Billens onderzoek was oorspronkelijk niet bedoeld om diepe aardbevingen te onderzoeken. Liever, ze probeerde de langzame heen en weer beweging van diepe oceaantroggen te begrijpen, waar platen naar beneden buigen in subductiezones.

"Ik besloot uit nieuwsgierigheid om de vervorming in de plaat te plotten, en toen ik naar de plot keek, het eerste wat in me opkwam was 'wauw, dit lijkt op de verdeling van diepe aardbevingen, ', zei ze. 'Het was een totale verrassing.'

De diepe aarde nabootsen

Het model van Billen bevat de nieuwste gegevens over fenomenen zoals de dichtheid van mineralen, verschillende lagen in de zinkende plaat, en experimentele observaties van hoe rotsen zich gedragen bij hoge temperaturen en drukken.

"Dit is het eerste model dat echt de fysieke vergelijkingen samenbrengt die het zinken van de platen en de belangrijkste fysieke eigenschappen van de rotsen beschrijven, ' zei Billen.

De resultaten kunnen geen onderscheid maken tussen mogelijke oorzaken van diepe aardbevingen. Echter, ze bieden nieuwe manieren om te onderzoeken wat de oorzaak is, zei Billen.

"Rekening houdend met de toegevoegde beperking van de reksnelheid zou moeten helpen om op te lossen welke mechanismen actief zijn in de subducterende lithosfeer, met de mogelijkheid dat meerdere mechanismen nodig kunnen zijn, " ze zei.

Het project werd ondersteund door een beurs van de Alexander von Humboldt Foundation en een prijs van de National Science Foundation. De Computational Infrastructure for Geodynamics ondersteunt de CitcomS-software die wordt gebruikt voor de numerieke simulaties.