Forskare har vetat i decennier att djupa jordbävningar - de djupare än 60 kilometer, eller cirka 37 miles under jordens yta – utstrålar seismisk energi annorlunda än de som har sitt ursprung närmare ytan. Men ett systematiskt förhållningssätt för att förstå varför har saknats.

Nu har ett team av forskare från University of Houston rapporterat ett sätt att analysera seismiska vågstrålningsmönster i djupa jordbävningar för att antyda att globala djupa jordbävningar finns i anisotropa bergarter, något som inte tidigare gjorts. Berganisotropin hänvisar till skillnader i seismiska vågutbredningshastigheter när de mäts i olika riktningar.

Deras resultat publicerades i måndags, 30 juli, av tidningen Naturgeovetenskap .

De flesta jordbävningar sker på grunda djup, enligt U.S. Geological Survey, och de orsakar i allmänhet mer skada än djupare jordbävningar. Men det finns fortfarande stora frågor om orsakerna till djupa jordbävningar.

Normala bergarter är formbara, eller böjlig, på dessa stora djup på grund av hög temperatur och kan därför inte brista på ett abrupt sätt för att producera djupa jordbävningar, som uppstår under subduktionszoner där två tektoniska plattor kolliderar vid havsgravar. Plåten som trycks under kallas den subducerande plattan. Det faktum att djupa jordbävningar bara förekommer i dessa plattor tyder på att någon ovanlig process sker inom plattan.

Yingcai Zheng, biträdande professor i seismisk avbildning vid UH College of Natural Sciences and Mathematics och motsvarande författare för tidningen, sade seismologer har försökt förstå djupa jordbävningar sedan fenomenet upptäcktes 1926. Hypoteser inkluderar effekten av vätskor, runaway termisk uppvärmning eller fastfasförändring på grund av plötslig kollaps av mineralkristallstrukturen.

Förutom Zheng, forskare som är involverade i arbetet inkluderar den första författaren Jiaxuan Li, en Ph.D. kandidat vid Institutionen för geo- och atmosfärvetenskap; Leon Thomsen, forskningsprofessor i geofysik; Thomas J. Lapen, professor i geologi; och Xinding Fang, adjungerad professor vid UH och samtidigt docent vid Southern University of Science and Technology China.

"Under de senaste 50 åren, det har funnits växande bevis för att en stor del av djupa jordbävningar inte följer det dubbelpars strålningsmönster som ses i de flesta grunda jordbävningar, " sa Zheng. "Vi satte igång att titta på varför det händer." Dubbelparmönstret orsakas av ett skjuvbrott av ett redan existerande fel.

Arbetet, finansierat av National Science Foundation, tittade på potentiella orsaker till de olika strålningsmönstren; Zheng sa att tidigare teorier tyder på att djupa jordbävningar härrör från en annan brottmekanism och möjligen andra fysiska och kemiska processer än de som utlöser grunda jordbävningar.

Men efter att ha studerat strålningsmönstren för 1, 057 djupa jordbävningar vid sex subduktionszoner världen över, forskarna fastställde en annan förklaring. De fann att den omgivande bergväven som omsluter den djupa skalvet förändrar seismisk strålning till ett icke-dubbel-parmönster. "Både de vanliga dubbelparsstrålningsmönstren och ovanliga mönster av djupa jordbävningar kan förklaras samtidigt av skjuvbrott i en laminerad stenväv, "Sa Li.

Innan subduktionsplattan går in i diket, det kan absorbera havsvatten för att bilda hydrerade anisotropa mineraler. När plattan går ner i jordens mantel, vattnet kan drivas ut på grund av högt tryck och höga temperaturförhållanden, en process som kallas uttorkning. Dehydrering och stark skjuvning längs plattans gränssnitt kan göra berget sprött och leda till bristning i jordbävningar på medeldjup, definieras som de mellan 60 kilometer och 300 kilometer djupa (37 miles till 186 miles).

"Vi fann på dessa djup att den anisotropa bergväven alltid är parallell med plattans yta, även om plattan kan ändra riktning kraftigt från plats till plats, " sa Li.

Anisotropi finns också i stenar på ännu större djup, vilket tyder på att material som magnesit eller inriktade karbonatitsmältfickor kan vara inblandade i att generera de djupa bristningarna, sa forskarna. Eftersom den härledda anisotropin är hög-cirka 25 procent-kan den allmänt trodde metastabila mekanismen för fast fasförändring inte ge den erforderliga anisotropi som forskarna utläser.