En ny förståelse av vår planets djupaste jordbävningar kan hjälpa till att upptäcka en av de mest mystiska geofysiska processerna på jorden.

Djupa jordbävningar - som är minst 300 kilometer under ytan - orsakar normalt inte skador, men de känns ofta vida. Dessa jordbävningar kan ge viktiga ledtrådar för att förstå platttektonik och strukturen i jordens inre. På grund av den extremt höga temperaturen och trycket där djupa jordbävningar inträffar, de kommer sannolikt från olika fysiska och kemiska processer än jordbävningar nära ytan. Men det är svårt att samla information om djupa jordbävningar, så forskare har ingen gedigen förklaring till vad som orsakar dem.

"Vi kan inte direkt se vad som händer där djupa jordbävningar inträffar, "sa Magali Billen, professor i geofysik vid UC Davis Department of Earth and Planetary Sciences.

Vad driver djupa jordbävningar?

Billen bygger numeriska simuleringar av subduktionszoner, där en tallrik sjunker under en annan, för att bättre förstå krafterna som styr platttektonik. Hennes senaste arbete hjälper till att förklara fördelningen av djupa jordbävningar, visar att de oftast träffar i områden med "hög belastning" där en sjunkande tektonisk platta böjer sig och viker sig.

"Dessa modeller ger övertygande bevis på att töjningshastigheten är en viktig faktor för att kontrollera var djupa jordbävningar inträffar, " Hon sa.

Den nya förståelsen att deformation är en viktig faktor i djupa jordbävningar bör hjälpa forskare att lösa vilka mekanismer som utlöser djupa jordbävningar och kan ge nya begränsningar för subduktionszonens struktur och dynamik, Sa Billen.

"När vi väl förstår djup jordbävningsfysik bättre, vi kommer att kunna extrahera ännu mer information om dynamiken i subduktion, nyckeldrivrutinen för platttektonik, " Hon sa.

Hennes resultat publicerades den 27 maj i tidningen Vetenskapliga framsteg .

Nytt sätt att studera djupa jordbävningar

Djupa jordbävningar inträffar i subduktionszoner - där en av de tektoniska plattorna som flyter på jordens yta dyker under en annan och "subduceras" i manteln. Inne i skorpans sjunkande plattor, jordbävningar kluster på vissa djup och är glesa i andra. Till exempel, många plattor uppvisar stora luckor i seismisk aktivitet under 410 kilometer djup.

Klyftorna i seismicitet stämmer överens med områden i plattan som deformeras långsammare i de numeriska modellerna, Sa Billen.

"Deformation är inte densamma överallt på plattan, "Sa Billen." Det är verkligen det nya här. "

Billens forskning var ursprungligen inte avsedd att undersöka djupa jordbävningar. Snarare, hon försökte förstå den långsamma fram och tillbaka rörelsen av djupa havsgravar, där plattorna böjer sig nedåt i subduktionszoner.

"Jag bestämde mig av nyfikenhet att plotta deformationen i plattan, och när jag tittade på tomten, det första som dök upp i mitt sinne var 'wow, detta ser ut som fördelningen av djupa jordbävningar, sa hon. Det var en total överraskning.

Efterliknar den djupa jorden

Billens modell innehåller de senaste uppgifterna om fenomen som tätheten av mineraler, olika lager i den sjunkande plattan, och experimentella observationer av hur stenar beter sig vid höga temperaturer och tryck.

"Detta är den första modellen som verkligen sammanför de fysiska ekvationerna som beskriver plattornas sjunkande och de viktigaste fysiska egenskaperna hos bergarterna, Sa Billen.

Resultaten kan inte skilja mellan möjliga orsaker till djupa jordbävningar. Dock, de ger nya sätt att utforska vad som orsakar dem, Sa Billen.

"Med hänsyn till den extra begränsningen av töjningshastigheten bör det hjälpa till att lösa vilka mekanismer som är aktiva i den subdukterande litosfären, med möjlighet att flera mekanismer kan krävas, " Hon sa.

Projektet stöddes av en stipendium från Alexander von Humboldt Foundation och en utmärkelse från National Science Foundation. Beräkningsinfrastrukturen för geodynamik stöder CitcomS -programvaran som används för numeriska simuleringar.