En stor internationell studie har kastat nytt ljus över de mekanismer genom vilka jordbävningar utlöses upp till 40 km under jordens yta.

Även om sådana jordbävningar är ovanliga, eftersom stenar på det djupet förväntas krypa långsamt och aseismiskt, de står för cirka 30 procent av den intrakontinentala seismiska aktiviteten. Nya exempel inkluderar en betydande andel av seismiciteten i Himalaya samt efterskalv i samband med jordbävningen i Bhuj 2001 i Indien.

Dock, mycket lite är för närvarande känt om vad som orsakar dem, till stor del på grund av att eventuella effekter normalt döljs djupt under jorden.

Den aktuella studien, publiceras i Naturkommunikation och finansierat av Naturmiljöforskningsrådet, försökte förstå hur sådana djupa jordbävningar kan genereras.

De visade att jordbävningsbrott kan uppmuntras av samverkan mellan olika skjuvzoner som kryper långsamt och aseismiskt. Denna interaktion belastar de intilliggande blocken av styva stenar i den djupa skorpan, tills de inte kan uthärda den ökande stressen längre, och snap-genererar jordbävningar.

Med betoning på observationer av ganska komplexa nätverk skapade av jordbävningsgenererade fel, de föreslår att detta sammanhang kännetecknas av upprepade cykler av deformation, med långvarig långsam krypning på skjuvzonerna som avbryts av episodiska jordbävningar.

Även om endast en övergående komponent i sådana deformationscykler, jordbävningarna släpper en betydande del av den ackumulerade stressen över regionen.

Forskningen leddes av University of Plymouth (UK) och University of Oslo (Norge), med forskare som utför geologiska observationer av seismiska strukturer i uppgrävda lägre jordskorpan på Lofoten.

Regionen är hem för en av de få välexponerade stora delarna av uppgrävd kontinental nedre jordskorpa i världen, exponerades under öppnandet av Nordatlanten.

Forskare tillbringade flera månader i regionen, utför en detaljerad analys av det exponerade berget och i synnerhet orörda pseudotachylyter (stelnad smälta som produceras under seismisk halka som betraktas som "fossila jordbävningar") som dekorerar förkastningsuppsättningar som länkar samman angränsande eller skärande skjuvzoner.

De samlade också in prover från regionen som sedan analyserades med hjälp av den senaste tekniken i universitetets Plymouth Electron Microscopy Centre.

Huvudförfattare Dr. Lucy Campbell, Postdoktorand forskarassistent vid University of Plymouth, sa:

"Lofotenöarna ger en nästan unik plats där man kan undersöka effekterna av jordbävningar i den nedre jordskorpan. Men genom att titta på delar av exponerat berg som är mindre än 15 meter breda, vi kunde se exempel på långsamt bildade bergsdeformationer som utlöser jordbävningar upp till 30 km under ytan. Modellen vi nu har utvecklat ger en ny förklaring av orsakerna och effekterna av sådana jordbävningar som kan tillämpas på många platser där de inträffar."

Projektledare Dr. Luca Menegon, Docent vid universitetet i Plymouth och universitetet i Oslo, Lagt till:

"Djupa jordbävningar kan vara lika destruktiva som de som kärnor närmare jordens yta. De inträffar ofta i tätbefolkade områden i det inre av kontinenterna, som i Centralasien till exempel. Men medan mycket är känt om vad som orsakar seismisk aktivitet i den övre skorpan, vi vet mycket mindre om de som förekommer lägre. Denna studie ger oss en fascinerande inblick i vad som händer djupt under jordens yta, och vår utmaning är nu att föra denna forskning framåt och se om vi kan använda den för att göra samhällen i riskzonen mer medvetna om farorna med sådan aktivitet."

Som en del av studien, forskare arbetade också med University of Plymouths filmskapare Heidi Morstang för att producera en 60-minuters dokumentärfilm om deras arbete. Pseudotachylyte hade premiär på Bergen International Film Festival 2019, och kommer att distribueras internationellt när den har visats på olika andra festivaler globalt.

Studien, "Jordbävningskärnbildning i den nedre skorpan genom lokal stressförstärkning av Campbell et al, " publiceras i Naturkommunikation .