Jordbävningar och vulkaner i subduktionszoner kan orsaka stor mänsklig katastrof. Tidigare studier om subduktionszonstruktur och kausala mekanismer för gigantiska megathrust-jordbävningar (M ≥ 9,0) har huvudsakligen fokuserat på aspekter som subduktion av plattor och plattgränssnitt.

I kontrast, den oceaniska astenosfärens struktur under den subducerande plattan (på djup av 100-250 km) och dess inverkan på kärnbildningen av jättelika jordbävningar har inte studerats väl.

Nyligen, Dr Fan Jianke från Institutet för oceanologi vid den kinesiska vetenskapsakademin (IOCAS) och prof. Zhao Dapeng från Tohoku University riktade sin uppmärksamhet mot detta problem genom att undersöka den oceaniska astenosfärens struktur i sex subduktionszoner där gigantiska jordbävningar har inträffat.

Deras resultat publicerades i Naturgeovetenskap den 26 april.

Forskarna antog P-vågs tomografiska inversioner och sammanställde uppdaterade tomografiska modeller. De tomografiska bilderna avslöjar tydligt subslab låghastighets (långsamma) anomalier under förearc-regionerna i de sex subduktionszonerna.

"De gigantiska jordbävningarnas hypocenter är i allmänhet belägna ovanför kanterna på de långsamma anomalierna eller ovanför gapen mellan dem. Stora koseismiska glidningar av de gigantiska jordbävningarna inträffar främst ovanför luckorna mellan de långsamma anomalierna, " sa Dr Fan.

Flytkraften hos en långsam anomali av ett underlag kan öka skjuvspänningen mellan plattorna genom att öka den normala spänningen mellan plattorna. Mellanplattans skjuvspänning ökar den kritiska spänningströskeln för brott, och den kritiska skjuvspänningen ovanför den långsamma anomaligapet är något mindre än den över den långsamma anomalien.

Dock, kritisk skjuvspänning är fortfarande tillräckligt stor och relativt lättare att nå. Som sådan, det kan framkalla en gigantisk jordbävning över det långsamma anomaligapet, som främst styrs av strukturell heterogenitet på och runt plattans gränssnitt.

Dessutom, flytkraften från den långsamma anomalien kan orsaka ett morfologiskt svar från den subdukterande plattan, ökar således skjuvspänningen på plattans gränssnitt. Värmeledning eller termomekanisk erosion från den långsamma anomalien kan resultera i transformation av gränsytans reologi från friktion till viskös skjuvning.

Denna omvandling kan delvis förklara förekomsten av långsamma jordbävningar ovanför långsamma anomalier. Området med långsam glidning kan hindra sprängningsutbredning och vara värd för efterhalkning av en jättelik jordbävning.

"Det är nödvändigt att utföra seismisk tomografi för att undersöka mer detaljerade astenosfäriska strukturer under en subducerande platta, som kan peka ut den potentiella platsen för en framtida gigantisk jordbävning, " sa Dr Fan.