De oorzaak van de diepste aardbevingen op aarde is al meer dan een eeuw een mysterie voor de wetenschap. maar een team van Carnegie-wetenschappers heeft de zaak misschien opgelost.

Nieuw onderzoek gepubliceerd in AGU-vooruitgang levert bewijs dat vloeistoffen een sleutelrol spelen bij aardbevingen met diepe focus, die plaatsvinden tussen 300 en 700 kilometer onder het aardoppervlak. Het onderzoeksteam omvat Carnegie-wetenschappers Steven Shirey, Lara Wagner, Peter van Keken, en Michael Walter, evenals Graham Pearson van de Universiteit van Alberta.

De meeste aardbevingen vinden plaats dicht bij het aardoppervlak, tot ongeveer 70 kilometer. Ze gebeuren wanneer er spanning ontstaat bij een breuk tussen twee rotsblokken - ook wel een breuk genoemd - waardoor ze plotseling langs elkaar glijden.

Echter, dieper in de aarde, de intense druk creëert te veel wrijving om dit soort glijden mogelijk te maken en de hoge temperaturen verbeteren het vermogen van rotsen om te vervormen om veranderende spanningen op te vangen. Hoewel theoretisch onverwacht, Sinds de jaren 1920 hebben wetenschappers aardbevingen kunnen identificeren die meer dan 300 kilometer onder het oppervlak ontstaan.

"Het grote probleem waarmee seismologen te maken hebben gehad, is hoe het mogelijk is dat we deze diepe aardbevingen hebben, "zei Wagner. "Als je een paar tientallen kilometers naar beneden bent, het wordt ongelooflijk moeilijk om uit te leggen hoe we op een fout terechtkomen als de wrijving zo ongelooflijk hoog is."

Lopende werkzaamheden in de afgelopen decennia hebben ons laten zien dat water een rol speelt bij aardbevingen van gemiddelde diepte - aardbevingen die plaatsvinden tussen 70 en 300 kilometer onder het aardoppervlak. In deze gevallen, water komt vrij uit mineralen, die de rots rond de breuk verzwakt en de rotsblokken laat glijden. Echter, wetenschappers dachten niet dat dit fenomeen deep-focus aardbevingen kon verklaren, grotendeels omdat men geloofde dat water en andere vloeistofcreërende verbindingen niet ver genoeg in het binnenste van de aarde konden komen om een ​​soortgelijk effect te geven.

Dit denken veranderde voor het eerst toen Shirey en Wagner de diepten van zeldzame diep-aarde diamanten vergeleken met de mysterieuze deep-focus aardbevingen.

"Diamanten vormen in vloeistoffen", legt Shirey uit, "Als er diamanten zijn, vloeistoffen zijn er."

De diamanten zelf wezen op de aanwezigheid van vloeistoffen, echter, ze brachten ook monsters van de diepe aarde naar de oppervlakte voor de wetenschappers om te bestuderen. Wanneer diamanten zich vormen in het binnenste van de aarde, ze vangen soms stukjes mineraal uit de omringende rots. Deze mineralen worden insluitsels genoemd en ze kunnen uw sieraden goedkoper maken, maar ze zijn van onschatbare waarde voor aardwetenschappers. Ze zijn een van de weinige manieren waarop wetenschappers directe monsters van het diepe binnenste van onze planeet kunnen bestuderen.

De insluitsels van de diamant hadden de duidelijke chemische signatuur van vergelijkbare materialen die in oceanische korst worden gevonden. Dit betekent dat het water en andere materialen niet op de een of andere manier diep in het binnenste van de aarde zijn gecreëerd. In plaats daarvan, ze werden naar beneden gedragen als onderdeel van een zinkende oceanische plaat.

Zei Wagner:"De seismologische gemeenschap was afgestapt van het idee dat er zo diep water zou kunnen zijn. Maar diamantpetrologen zoals Steve lieten ons monsters zien en zeiden:'Nee, Nee, Nee. Er is hier zeker water' Dus toen moesten we allemaal bij elkaar komen om erachter te komen hoe het daar beneden kwam."

Om het idee te testen, Wagner en van Keken bouwden geavanceerde rekenmodellen om de temperaturen van zinkende platen op veel grotere diepten te simuleren dan eerder was geprobeerd. Naast het modelleren, Walter onderzocht de stabiliteit van de waterhoudende mineralen om aan te tonen dat onder de intense hitte en druk van het diepe binnenste van de aarde, zij zouden, inderdaad, onder bepaalde omstandigheden in staat zijn om water vast te houden. Het team toonde aan dat hoewel warmere platen geen water vasthouden, de mineralen in de koelere oceanische platen zouden in theorie water kunnen vervoeren naar de diepten die we associëren met deep-focus aardbevingen.

Om de studie te verstevigen vergeleek het team de simulaties met real-life seismologische gegevens. Ze waren in staat om aan te tonen dat de platen die theoretisch water naar deze diepten zouden kunnen dragen, ook degenen waren die de voorheen onverklaarbare diepe aardbevingen ervoeren.

Deze studie is ongebruikelijk in het toepassen van vier verschillende disciplines:geochemie, seismologie, geodynamica, en petrologie - op dezelfde vraag, die allemaal op dezelfde conclusie wijzen:water en andere vloeistoffen zijn een belangrijk onderdeel van deep-focus aardbevingen.

"De aard van diepe aardbevingen is een van de grote vragen in de geowetenschap, " zei Shirey. "We hadden alle vier deze verschillende disciplines nodig om samen te komen om dit argument te maken. Het bleek dat we ze allemaal in huis hadden bij Carnegie."