Nejhlubší zemětřesení, jaké kdy bylo zaznamenáno, mělo být nemožné

K zemětřesení došlo ve spodním plášti. Mnohem hlouběji než předchozí otřesy

Vědci zaznamenali dosud nejhlubší zemětřesení, ohromujících 751 kilometrů pod zemským povrchem. Tato hloubka řadí zemětřesení do spodního pláště, kde seismologové očekávali, že zemětřesení není možné. Je to proto, že při extrémních tlacích se horniny s větší pravděpodobností ohýbají a deformují, než aby se zlomily náhlým uvolněním energie, napsal server Livescience. 

Ale ne vždy se minerály chovají přesně podle očekávání, řekla Pamela Burnley, profesorka geomateriálů na Univerzity v Nevadě v Las Vegas, která se na výzkumu nepodílela. Dokonce i při tlacích, kdy by se měly transformovat do různých stavů, které jsou méně náchylné na zemětřesení, mohou přetrvávat ve starých konfiguracích.

„To, že by se měli změnit, ještě neznamená, že se změní,“ řekl Burnley Live Science. Zemětřesení tedy může odhalit, že hranice uvnitř Země jsou nejasnější, než se často připisuje.

Překročení hranice  

Zemětřesení, o kterém se poprvé informovalo v červnu v časopise Geophysical Research Letters, bylo menším následným otřesem po zemětřesení o síle 7,9 stupně, které v roce 2015 otřáslo Boninskými ostrovy u japonské pevniny. Výzkumníci pod vedením seismologa Erice Kisera z University of Arizona zaznamenali zemětřesení pomocí japonského Hi -net pole seismických stanic. Pole je nejvýkonnějším systémem pro detekci zemětřesení, který se v současnosti používá, řekl John Vidale, seismolog z University of Southern California, který se na studii nepodílel. Zemětřesení bylo malé a na povrchu nebylo cítit, takže k jeho nalezení byly potřeba citlivé přístroje. 

Hloubku zemětřesení ještě musí potvrdit další výzkumníci, řekl Vidale Live Science, ale nález vypadá spolehlivě. „Odvedli dobrou práci, takže si myslím, že je to pravděpodobně správné,“ řekl Vidale.

To dělá ze zemětřesení něco jako škrábání hlavy. Drtivá většina zemětřesení je mělká, pocházející ze zemské kůry a horního pláště v prvních 100 km pod povrchem. V kůře, která se táhne dolů v průměru jen asi 20 km, jsou skály studené a křehké. Když jsou tyto skály vystaveny stresu, řekl Burnley, mohou se před zlomením jen trochu ohnout a uvolňovat energii jako stočená pružina. Hlouběji v kůře a spodním plášti jsou horniny teplejší a pod vyšším tlakem, díky čemuž jsou méně náchylné k rozbití. Ale v této hloubce může dojít k zemětřesení, když vysoký tlak tlačí na póry ve skalách naplněné tekutinou a vytlačuje tekutiny ven. Za těchto podmínek jsou skály také náchylné ke křehkému rozbití, řekl Burnley.

Tyto druhy dynamiky mohou vysvětlit otřesy až do hloubky 400 km, což je stále v horním plášti. Ale ještě před následným otřesem v Boninu v roce 2015 byla ve spodním plášti pozorována otřesy až do vzdálenosti asi 670 km. Tato zemětřesení byla dlouho záhadná, řekl Burnley. Póry ve skalách, které zadržují vodu, byly uzavřeny, takže tekutiny již nejsou spouštěčem.

„Myslíme si, že v takové hloubce by měla být všechna voda odehnána a rozhodně jsme daleko, daleko od místa, kde bychom viděli klasické křehké chování,“ řekla. „Tohle bylo vždycky dilema.“

Foto: pianoman555/Livescience

Změna minerálů 

Problém se zemětřeseními hlubšími než přibližně 249 mil souvisí se způsoby chování minerálů pod tlakem. Velká část pláště planety je tvořena minerálem zvaným olivín, který je lesklý a zelený. Přibližně 249 mil dolů způsobily tlaky přeskupit do jiné struktury, namodralého minerálu zvaného wadsleyit. O dalších 62 mil (100 km) hlouběji se wadsleyit znovu uspořádá na ringwoodit. Nakonec, asi 680 km hluboko v plášti, se ringwoodit rozpadá na dva minerály, bridgmanit a periklas. Geovědci samozřejmě nemohou sondovat tak daleko do Země přímo, ale mohou použít laboratorní vybavení k obnovení extrémních tlaků a vytvoření těchto změn na povrchu. A protože seismické vlny se pohybují různými minerálními fázemi různě, mohou geofyzici vidět známky těchto změn při pohledu na vibrace způsobené velkými zemětřeseními. 

Tento poslední přechod označuje konec horního pláště a začátek spodního pláště. Na těchto minerálních fázích nejsou důležité jejich názvy, ale to, že se každá chová jinak. Je to podobné jako u grafitu a diamantů, řekl Burnley. Oba jsou vyrobeny z karbonu, ale v jiném uspořádání. Grafit je forma, která je stabilní na zemském povrchu, zatímco diamanty jsou forma, která je stabilní hluboko v plášti. A oba se chovají velmi odlišně: Grafit je měkký, šedý a kluzký, zatímco diamanty jsou extrémně tvrdé a čisté. Jak se olivín transformuje do svých vět s vyšším tlakem, je pravděpodobnější, že se ohne a méně se rozbije způsobem, který způsobí zemětřesení. 

Geologové si až do 80. let 20. století lámali hlavu nad zemětřeseními ve svrchním plášti a dodnes se všichni neshodnou na tom, proč k nim dochází právě tam. Burnley a její doktorandský poradce, mineralog Harry Green, byli těmi, kdo přišli s potenciálním vysvětlením. Při experimentech v 80. letech minulého století dvojice zjistila, že olivínové minerální fáze nejsou tak úhledné a čisté. Za některých podmínek může například olivín přeskočit wadsleyitovou fázi a zamířit rovnou k ringwooditu. A právě při přechodu z olivínu do ringwooditu by se pod dostatečným tlakem mohl minerál místo ohnutí skutečně zlomit.

„Kdyby v mém vzorku neproběhla žádná transformace, nerozbil by se,“ řekl Burnley. „Ale ve chvíli, kdy jsem měl proměnu a zároveň jsem ji mačkal, zlomilo by se to.“ Burnley a Green oznámili svůj nález v roce 19989 v časopise Nature, což naznačuje, že tento tlak v přechodové zóně by mohl vysvětlit zemětřesení pod 249 mil. 

Foto: XEfYAX4ru/Unsplash

Jít ještě hlouběji 

Nové zemětřesení v Boninu je však hlubší než tato přechodná zóna. Ve výšce 467 mil dolů to vzniklo v místě, které by mělo být přímo ve spodním plášti.

Jednou z možností je, že hranice mezi horním a spodním pláštěm prostě není přesně tam, kde ji seismologové očekávají v oblasti Boninu, řekla Heidi Houston, geofyzika z University of Southern California, která se na práci nepodílela. Oblast u ostrova Bonin je subdukční zónou, kde se deska oceánské kůry potápí pod vrstvou kontinentální kůry. Tento druh věcí má tendenci mít deformační efekt.

„Je to komplikované místo, nevíme přesně, kde je tato hranice mezi horním a spodním pláštěm,“ řekl Houston Live Science.

Autoři článku tvrdí, že subdukující deska kůry se mohla v podstatě usadit na spodním plášti dostatečně pevně, aby tam horniny vystavily obrovskému napětí, vyvíjejícímu dostatek tepla a tlaku, aby způsobily velmi neobvyklý zlom. Burnley se však domnívá, že nejpravděpodobnější vysvětlení má co do činění s minerály, které se chovají špatně – nebo alespoň podivně. Kontinentální kůra, která se vrhá do středu Země, je mnohem chladnější než okolní materiály, řekla, a to znamená, že minerály v této oblasti nemusí být dostatečně teplé, aby dokončily fázové změny, které mají při daném tlaku provést.

Dobrým příkladem jsou opět diamanty a grafit, řekl Burnley. Diamanty nejsou na zemském povrchu stabilní, což znamená, že by se nevytvářely spontánně, ale nerozkládají se na grafit, když je nalepíte do zásnubních prstenů. Je to proto, že existuje určité množství energie, kterou atomy uhlíku potřebují k přeskupení, a při teplotách zemského povrchu tato energie není k dispozici. (Pokud někdo nerozbije diamant rentgenovým laserem). Subdukční zóny podporují růst kontinentuTyto dva modely znázorňují okraje kontinentů začleňujících nový materiál, jak jedna deska zajíždí do druhé. 

„Mým obecným názorem je, že pokud je materiál dostatečně chladný na to, aby vytvořil dostatek napětí k jeho náhlému uvolnění při zemětřesení, je také dostatečně studený na to, aby olivín uvízl ve své olivínové struktuře,“ řekl Burnley.

Ať už je příčina zemětřesení jakákoli, není pravděpodobné, že se bude často opakovat, řekl Houston. Jen asi polovina subdukčních zón na celém světě dokonce zažívá hluboká zemětřesení a druh velkého zemětřesení, které tomuto ultra hlubokému zemětřesení předcházel, se vyskytuje v průměru pouze každé dva až pět let.

„Tohle je zatraceně vzácný jev,“ řekla. 

Zdroj: Livescience