Till vänster:Det återvunna provet. De röda streckade linjerna representerar fel. Mitten:Felet fyllt med nanokristallin olivin och wadsleyit. Till höger:En närbild av förkastningen. Järnrika partiklar (en produkt av partiell smältning av olivin:grön) är fördelade längs korngränserna för nanokristallin olivin. Kredit:Tomohiro Ohuchi, Ehime University
Jordbävningar som inträffar på flera hundra kilometers djup i manteln kallas "djupfokuserade jordbävningar". Sådana jordbävningar resulterar ibland i allvarliga katastrofer som jordbävningen i Bolivia 1994, som inträffade på ett djup av 638 km med en magnitud på 8,3.
Orsaken till djupfokuserade jordbävningar har dock varit ett mysterium, eftersom jordbävningar inträffar med snabb glidning av en förkastning, vilket är svårt under det stora trycket från den djupa manteln. Försök har gjorts för att förstå mekanismen för uppkomsten av djupfokuserade jordbävningar baserat på laboratoriedeformationsexperiment, men experiment under djupa mantelförhållanden har inte gjorts på grund av tekniska begränsningar.
Ett team har för första gången utfört deformationsexperiment på naturligt olivin, huvudmineralet i manteln och subdukterande oceaniska litosfären (plattan), av vår toppmoderna deformationsapparat med stora volymer i kombination med synkrotron Röntgenobservationer. De observerade förekomsten av större fel i provet genom röntgenbilder under djupa mantelförhållanden och tillhörande "jordbävningar" genom ultraljudsmätningar av akustiska emissioner.
Efter noggranna analyser av det återvunna provet fann de att felet inducerades av tillväxten av "ny" olivin med ultrafina korn på tiotals nanometer vid fasomvandlingen av "gammal" olivin, som fungerade som ett smörjmedel för den snabba glidningen av felet. De hittade också bevis för att provet smältes lokalt längs förkastningen på grund av den mycket höga temperaturen som orsakades av den snabba glidningen. Deras modell, baserad på dessa laboratorieexperiment, förklarar väl fördelningen av djupfokuserade jordbävningar, som ökar med djup från ~400 km till ~600 km, där den metastabila "gamla" olivinen förväntas bilda ultrafinkornig "ny" olivin.
Forskningen publicerades i Nature Communications .
Till vänster:Bildande av linsformiga paket fyllda med nanokristallin olivin/wadsleyit. Höger:Skjuvlokalisering på det svaga skiktet som bildas av de linsformiga paketens sammansmältning. Detta resulterar i skjuvvärme följt av förkastningar och djupfokuserade jordbävningar. Kredit:Tomohiro Ohuchi, Ehime University
Denna studie tyder på att hypocenter av djupfokuserade jordbävningar är fördelade runt ytan av den metastabila olivinkilen, som utgör den centrala delen av den subducerade plattan. Kredit:Tomohiro Ohuchi, Ehime University
