Konstiga seismiska vågankomster från en jordbävning 2010 under Spanien var ledtrådarna som ledde till en oväntad upptäckt under västra Medelhavet:en subducerad oceanisk platta som har vält helt.
Vågformerna målar en bild av en platta som snabbt sjönk ner i jordens mantel och vände, så att vattnet den bar på sin yta när den gick ner nu är under plattan, enligt studien publicerad i The Seismic Record .
Resultaten kan hjälpa forskare att reda ut den komplicerade tektoniska strukturen i det västra Medelhavsområdet där Afrika och Eurasien konvergerar, närmare bestämt ett område som kallas Rif-Betic-Alboran-regionen. Denna region innehåller en båge som bildas av Betic-bergskedjorna i Spanien och Rif-bergskedjorna i söder i Marocko och inkluderar Alboranhavsbassängen strax öster om Gibraltarsundet.
Studien kan också belysa mekanismerna bakom sällsynta och djupa (mer än 600 kilometer) jordbävningar i södra Spanien, skriver Daoyuan Sun från University of Science and Technology i Kina och Meghan S. Miller vid Australian National University.
Seismiska vågor från en av dessa jordbävningar, ett skalv på magnituden 6,3 som inträffade nedanför Granada i april 2010, fångades upp av en rad seismiska stationer i Spanien och Marocko som en del av projektet för att undersöka Convective Alboran Sea System Overturn (PICASSO).
Forskarna noterade att jordbävningens coda-vågor - signaturen för kvarvarande vibrationer i slutet av ett seismogram - varade ovanligt lång tid, registrerat av stationer i Marocko. Det fanns också tecken på en sent ankommande, "extra" P-vågsfas, utöver de normala initiala P-vågorna som fångats av stationerna i Spanien.
"Inledningsvis hade vi inte som mål att bättre förstå de djupa jordbävningsmekanismerna, eftersom flera tidigare studier har studerat källan på ett bra sätt. Vår avsikt var bara att plotta vågformerna av nyfikenhet, eftersom det finns så mycket att lära av individuella vågformer när man tar det är dags att titta närmare på dem", förklarade Sun. "Vid undersökning observerade vi dessa konstiga ankomster, inklusive den långa coda och extrafasen."
Sun och Miller drog slutsatsen att den långa coda- och extra P-vågsfasen bäst kan förklaras av ett låghastighetsskikt vid basen av den subducerande Alboran-plattan. Låghastighetsskikt, genom vilka seismiska vågor bromsas och absorberas, indikerar ofta att vågorna har passerat genom smält eller flytande material.
Subducerade plattor innehåller vanligtvis ett låghastighetsskikt på sin yta på grund av vattnet de bär in i manteln. "Här, genom att modellera de detaljerade vågformerna, kan vi avbilda låghastighetsskiktet under plattans yta som sjunker mot nordost, till skillnad från en normal subducerad platta med ett låghastighetsskikt ovanpå plattans yta," sa Sun. "Denna märkliga händelse mellan plattan och låghastighetsskiktet tyder på förekomsten av den välta Alboran-plattan."
Deras studie är den första som drar slutsatsen att plattan har välts, tillade han, snarare än att stå vertikalt eller brant dopp.
Lagret med låg hastighet erbjuder också en möjlig mekanism bakom de djupa jordbävningarna i Spanien, sa forskarna, eftersom det indikerar närvaron av vattenhaltiga magnesiumsilikater som transporterar vatten på 600 kilometers djup. När dessa silikater torkar ut kan de bli sprödare på ett sätt som kan leda till djupa jordbävningar.
Närvaron av vattenhaltiga silikater kan också berätta för seismologer något om hastigheten för subduktion av plattor i regionen. De vattenhaltiga magnesiumsilikaten betyder att "en betydande mängd vatten har förts ner till mantelövergångszonen, vilket tyder på en relativt kall platta", noterade Sun.
"Med tanke på en relativt ung havsbottenålder i västra Medelhavet, för att plattan ska förbli sval, måste subduktionshastigheten vara ganska hög, till exempel en måttlig hastighet på cirka 70 millimeter per år", tillade han. "Med andra ord tror vi att vår studie kan erbjuda en rimlig nedre gräns för subduktionshastigheten i denna region."
Sun och Miller säger att det kan vara lovande att undersöka de seismiska vågformer som produceras av djupa jordbävningar på andra platser som nordöstra Kina, Sydamerika, Sunda-Banda och platser som Fiji-Tonga-regionen, för att se om liknande mekanismer fungerar. Men forskningen skulle kräva täta seismiska stationer utplacerade precis ovanför dessa jordbävningar, vilket var det lyckliga fallet med jordbävningen i Spanien 2010.
Mer information: Daoyuan Sun et al, Revealing the Secrets of the Western Mediterranean:A Deep Earthquake and the Overturned Slab, The Seismic Record (2024). DOI:10.1785/0320230049
Tillhandahålls av Seismological Society of America
