Οι σεισμοί σπάνε βράχους βαθιά κάτω από τις ηπείρους
Το περίδοτο ονομάζεται «Το ακραίο πετράδι» επειδή είναι ένας από τους 2 μόνο πολύτιμους λίθους (ο άλλος είναι το διαμάντι) που δεν σχηματίστηκε στον φλοιό της γης, αλλά σε λιωμένο βράχο του άνω μανδύα και ανέβηκε στην επιφάνεια μέσω ηφαιστείων και σεισμών. Φωτογραφία: highsierra minerals.
Οι περισσότεροι σεισμοί ξεκινούν από τον φλοιό της Γης, κατά μήκος γνωστών ρηγμάτων που μετακινούνται και τρίβονται κάτω από τα πόδια μας. Αλλά οι επιστήμονες έχουν πλέον ανακαλύψει ότι ορισμένοι σεισμοί ξεκινούν πολύ βαθύτερα - πολύ κάτω από τον φλοιό, μέσα στον μανδύα κάτω από τις ηπείρους.
Μια νέα παγκόσμια μελέτη έχει δημιουργήσει τον πρώτο παγκόσμιο χάρτη αυτών των σπάνιων «σεισμών του μανδύα», δείχνοντας ότι ακόμη και ο συμπαγής βράχος βαθιά μέσα στις ηπείρους μπορεί μερικές φορές να ραγίσει υπό πίεση.
Το εύρημα αμφισβητεί μακροχρόνιες υποθέσεις ότι το πέτρωμα του μανδύα κάμπτεται και ρέει ως επί το πλείστον αντί να σπάει. Ανοίγει επίσης ένα νέο παράθυρο στο πώς το στρες συσσωρεύεται και κινείται στο εσωτερικό του πλανήτη.
Χαρτογράφηση σεισμών βαθέος μανδύα
Το πρόσφατα συγκεντρωμένο παγκόσμιο αρχείο καταγράφει σεισμούς που προέρχονται κάτω από τον φλοιό, μέσα στον ανώτερο μανδύα κάτω από ηπειρωτικές μάζες ξηράς.
Χρησιμοποιώντας αυτά τα αρχεία, ο Shiqi (Axel) Wang στη Σχολή Βιωσιμότητας Stanford Doerr κατασκεύασε ένα παγκόσμιο φίλτρο σχεδιασμένο για να εντοπίζει σεισμούς που ξεκινούν από τον μανδύα.
Οι προσεκτικές συγκρίσεις με κοντινούς σεισμούς στον φλοιό βοήθησαν στη συνέχεια τον Wang και τον καθηγητή γεωφυσικής Simon Klemperer να αποφύγουν την ανάμειξη ρηχών και βαθιών πηγών.
Αυτά τα ευρήματα είναι εκπληκτικά επειδή πολύ κάτω από τον φλοιό, η αυξανόμενη θερμότητα και πίεση συνήθως προκαλούν ροή πετρωμάτων αντί θραύσης.
Μετά τη μετάβαση από εύθραυστο σε όλκιμο - όπου το πέτρωμα σταματά να σπάει και αρχίζει να έρπει - οι σεισμοί αναμένεται να γίνουν σπάνιοι. Ωστόσο, ο νέος κατάλογος δείχνει ότι ορισμένες ρήξεις συμβαίνουν στο ανώτερο τμήμα του μανδύα της Γης, ένα στρώμα πάχους περίπου 1.800 μιλίων.
Αν και η προκύπτουσα επιφανειακή δόνηση είναι συνήθως μικρή, τα ασυνήθιστα βάθη αυτών των σεισμών υποδηλώνουν κρυφές τάσεις στο εσωτερικό των ηπείρων που οι συνηθισμένοι χάρτες ρηγμάτων δεν μπορούν να ανιχνεύσουν.
Αυτά τα σήματα προσφέρουν νέες ενδείξεις σχετικά με το πώς ο φλοιός και ο μανδύας μοιράζονται και αναδιανέμουν την τάση.
Συσσωμάτωση σεισμών σε μεγάλο βάθος παγκοσμίως
Τα μοτίβα στον παγκόσμιο χάρτη δεν ήταν τυχαία. Οι βαθύτεροι ηπειρωτικοί σεισμοί έτειναν να συγκεντρώνονται αντί να εξαπλώνονται ομοιόμορφα. Μικρότεροι θύλακες εμφανίστηκαν επίσης κάτω από περιοχές με ενεργά ρήγματα σε διάφορες ηπείρους.
Επειδή δεν κυριαρχούσε κανένα μεμονωμένο τεκτονικό περιβάλλον, η άνιση κατανομή θέτει όρια σε οποιαδήποτε απλή εξήγηση για το γιατί τα πετρώματα του μανδύα καταρρέουν κάτω από ορισμένες χερσαίες μάζες αλλά όχι σε άλλες.
Η κατανόηση αυτών των γεγονότων απαιτεί επίσης να εξετάσουμε προσεκτικά το όριο που είναι γνωστό ως ασυνέχεια Mohorovičić ή Moho, όπου ο φλοιός δίνει τη θέση του στον μανδύα και οι ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων μεταβάλλονται απότομα.
Οι περισσότεροι ηπειρωτικοί σεισμοί ξεκίνησαν 6 έως 18 μίλια (10 έως 30 χιλιόμετρα) κάτω από την επιφάνεια, ωστόσο οι αισθητήρες περιστασιακά ανίχνευαν ρήξεις έως και 50 μίλια (80 χιλιόμετρα) κάτω από αυτό το όριο.
Εκτός των περιοχών που σχηματίζουν ωκεάνιες τάφρους , τέτοια βαθιά σήματα τροφοδότησαν δεκαετίες συζήτησης, καθώς αναμενόταν εδώ και καιρό ότι τα πετρώματα του μανδύα σε αυτά τα βάθη θα παραμορφώνονταν σταδιακά αντί να σπάνε ξαφνικά.
Παρακολούθηση κυμάτων από σεισμούς του μανδύα
Οι σεισμικοί σταθμοί καταγράφουν κάθε σεισμό ως μια σειρά από δονήσεις και η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στα κύματα που ταξιδεύουν πιο μακριά στη Γη.
Αντί να βασίζονται μόνο σε εκτιμήσεις για το πόσο βαθιά ξεκίνησε ένας σεισμός, συνέκριναν την ισχύ δύο διαφορετικών τύπων κυμάτων. Αυτή η σύγκριση τους επέτρεψε να εντοπίσουν σεισμούς που πιθανότατα ξεκίνησαν κάτω από τον φλοιό, στον μανδύα.
Για να κάνουν τα αποτελέσματα πιο αξιόπιστα, οι επιστήμονες συνέκριναν κάθε ύποπτο σεισμό σε βάθος με κοντινούς σεισμούς σε μικρότερες περιοχές. Αυτό το βήμα τους βοήθησε να φιλτράρουν τις παραμορφώσεις που προκαλούνται από τα πετρώματα μέσα από τα οποία διήλθαν τα κύματα.
«Η προσέγγισή μας είναι εντελώς επαναστατική, επειδή τώρα μπορείτε πραγματικά να αναγνωρίσετε έναν σεισμό στον μανδύα αποκλειστικά με βάση τις κυματομορφές των σεισμών», δήλωσε ο Wang.
Φιλτράρισμα σημάτων σεισμού σε βάθος
Τα παγκόσμια συστήματα παρακολούθησης σεισμών έχουν καταγράψει δεκάδες χιλιάδες σεισμούς τις τελευταίες δεκαετίες, αλλά μόνο ένας μικρός αριθμός έδειξε σαφή σημάδια ότι ξεκινούν βαθιά στον μανδύα.
Αφού εξέτασε περίπου 46.000 συμβάντα, η ομάδα εντόπισε 459 σεισμούς που πιθανότατα ξεκίνησαν κάτω από τις ηπείρους, με αρχεία που χρονολογούνται από το 1990.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι πολλοί περισσότεροι σεισμοί σε μεγάλο βάθος μπορεί να μην εντοπιστούν, επειδή ορισμένες περιοχές - όπως το οροπέδιο του Θιβέτ στη δυτική Κίνα - έχουν λιγότερους σεισμικούς σταθμούς.
Η προσθήκη περισσότερων αισθητήρων και η βελτίωση των χαρτών των υπόγειων στρωμάτων πετρωμάτων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να ανιχνεύσουν επιπλέον σεισμούς μεγάλου βάθους.
Αυτές οι βελτιώσεις μπορούν επίσης να αποκαλύψουν εάν τα ίδια θερμά σημεία σεισμού μεγάλου βάθους εμφανίζονται επανειλημμένα με την πάροδο του χρόνου.
Τι προκαλεί σεισμούς μεγάλου βάθους
Η χαρτογράφηση αυτών των σεισμών σε μεγάλο βάθος απάντησε στο πού συμβαίνουν, αλλά άφησε άλυτο το ερώτημα τι τους προκαλεί. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο χρονισμός ευθυγραμμίστηκε με τους σεισμούς σε κοντινούς φλοιούς, υπονοώντας ότι η τάση μπορεί να περάσει μεταξύ φλοιού και μανδύα.
Άλλα γεγονότα μπορεί να συνδέονται με τη συναγωγή του μανδύα , μια αργή κυκλοφορία που μετακινεί θερμότητα και βράχους, καθώς ο πλανήτης ανακυκλώνει παλιές πλάκες.
«Οι σεισμοί του ηπειρωτικού μανδύα μπορεί να αποτελούν μέρος ενός εγγενώς διασυνδεδεμένου σεισμικού κύκλου , τόσο από τον φλοιό όσο και από τον ανώτερο μανδύα», δήλωσε ο Wang.
Διαβάζοντας το βαθύ εσωτερικό της Γης
Κάθε σεισμός στον μανδύα έστελνε κύματα μέσα από βράχους που σπάνια σπάνε, δίνοντας στους επιστήμονες την ευκαιρία να ελέγξουν πώς οι άκαμπτες ήπειροι παραμένουν σε βάθος.
Επειδή αυτές οι ρήξεις σημειώθηκαν κάτω από την Moho, τα σήματα τους δειγματοληπτούσαν τα όρια του φλοιού-μανδύα με τρόπο που δεν μπορούν οι ρηχοί σεισμοί.
Οι αλλαγές στην ένταση των κυμάτων υποδήλωναν τοπικές διαφορές στη θερμοκρασία και τη σύνθεση, συμπεριλαμβανομένων των άνω ζωνών του μανδύα που τροφοδοτούν το μάγμα.
Καλύτερα μοντέλα αυτών των ιδιοτήτων σε βάθος θα μπορούσαν να ενισχύσουν τις ιδέες σχετικά με το πού συγκεντρώνεται η τάση πριν ξεκινήσει ένας καταστροφικός σεισμός στον φλοιό.
Πρόβλημα στην ανίχνευση σεισμών του μανδύα
Ακόμα και με έναν πιο καθαρό κατάλογο, η ομάδα εξακολουθεί να αντιμετωπίζει μια βασική πρόκληση: οι βαθιές πηγές σεισμών συχνά κρύβονται πίσω από παρόμοια σεισμικά σήματα.
Η δοκιμή αναλογίας κυμάτων που έκαναν λειτουργεί καλύτερα όπου οι κοντινοί σεισμοί στον φλοιό παρέχουν μια αξιόπιστη τοπική γραμμή βάσης, επιτρέποντας δίκαιες συγκρίσεις.
Σε απομακρυσμένες περιοχές με αραιό σεισμικό ιστορικό, οι ερευνητές μπορεί να χρειαστούν φορητές συστοιχίες παρακολούθησης και μεγαλύτερες περιόδους παρατήρησης πριν εντοπίσουν με βεβαιότητα συμβάντα μανδύα.
Καθώς ο κατάλογος επεκτείνεται, οι επιστήμονες θα μπορούν να ελέγξουν εάν οι βαθείς σεισμοί ακολουθούν τακτικά μεγάλα γεγονότα στον φλοιό ή εμφανίζονται ανεξάρτητα.
Αυτό το αυξανόμενο αρχείο θα δημιουργήσει επίσης μια σαφέστερη παγκόσμια εικόνα των σεισμών που προέρχονται βαθιά κάτω από τις ηπείρους. Μπορεί να αποκαλύψει πόσο συχνά οι σεισμοί στον φλοιό και τα βαθιά ρήγματα του μανδύα μοιράζονται τον ίδιο κύκλο τάσεων - και πότε δεν το κάνουν.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Science .
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα earth
περισσότερα,
Continental mantle earthquakes of the world- Shiqi Wang , Simon L. Klemperer
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz4367
https://www.earth.com/news/earthquakes-are-breaking-rock-deep-beneath-continents/#google_vignette