Diepe aardbevingen werden ontdekt in de jaren 1920, maar ze blijven tot op de dag van vandaag een twistpunt. De reden is simpel: ze mogen niet gebeuren. Toch zijn ze goed voor meer dan 20 procent van alle aardbevingen.
Ondiepe aardbevingen vereisen dat er vaste rotsen voorkomen, meer bepaald koude, broze rotsen. Alleen deze kunnen worden opgeslagen elastische rek langs een geologische fout, onder controle gehouden door wrijving totdat de spanning loslaat in een gewelddadige breuk.
De aarde wordt gemiddeld met ongeveer 1 graad C heter bij elke 100 meter diepte. Combineer dat met hogedruk ondergronds en het is duidelijk dat het zo'n 50 kilometer verder gaat gemiddeld moeten de rotsen te heet zijn en te strak worden geperst om te kraken en te malen zoals ze dat doen bij de oppervlakte. Daarom vereisen diepliggende aardbevingen, die onder de 70 km, een verklaring.
Platen en diepe aardbevingen
Subductie geeft ons een weg hieromheen. Terwijl de lithosferische platen die de buitenste schil van de aarde vormen, op elkaar inwerken, worden sommige naar beneden in de onderliggende mantel geduwd. Als ze het platentektonische spel verlaten, krijgen ze een nieuwe naam: platen. In het begin veroorzaken de platen, wrijvend tegen de bovenliggende plaat en buigend onder spanning, ondiepe subductie-aardbevingen. Deze worden goed uitgelegd. Maar als een plaat dieper gaat dan 70 km, gaan de schokken door. Er wordt gedacht dat verschillende factoren helpen:
- De mantel is niet homogeen, maar vol variatie. Sommige delen blijven heel lang bros of koud. De koude plaat kan iets stevigs vinden om tegen te duwen, waardoor aardbevingen van het ondiepe type ontstaan, een stuk dieper dan de gemiddelden suggereren. Bovendien kan de gebogen plaat ook buigen en de vervorming herhalen die hij eerder voelde, maar in de tegenovergestelde zin.
- Mineralen in de plaat beginnen onder druk te veranderen. Veranderd basalt en gabbro in de plaat verandert in de blueschist-mineraalsuite, die op zijn beurt verandert in granaatrijke eclogiet op ongeveer 50 km diepte. Bij elke stap in het proces komt water vrij, terwijl de rotsen compacter worden en brozer worden. Deze uitdroging verbrossing beïnvloedt sterk de spanningen ondergronds.
- Onder toenemende druk, serpentijn mineralen in de plaat vallen uiteen in de mineralen olivijn en enstatiet plus water. Dit is het omgekeerde van de kronkelige formatie die plaatsvond toen de plaat jong was. Er wordt gedacht dat het compleet is rond 160 km diepte.
- Water kan plaatselijk smelten in de plaat veroorzaken. Gesmolten gesteenten nemen, zoals bijna alle vloeistoffen, meer ruimte in dan vaste stoffen, waardoor smelten zelfs op grote diepte breuken kan breken.
- Over een breed dieptebereik van gemiddeld 410 km begint olivijn te veranderen in een andere kristalvorm die identiek is aan die van de minerale spinel. Dit noemen mineralogisten eerder een faseverandering dan een chemische verandering; alleen het volume van het mineraal wordt beïnvloed. Olivijn-spinel verandert op ongeveer 650 km weer in een perovskietvorm. (Deze twee diepten markeren die van de mantel overgangszone.)
- Andere opmerkelijke faseveranderingen zijn enstatiet-naar-ilmeniet en granaat-naar-perovskiet op diepten onder 500 km.
Er zijn dus genoeg kandidaten voor de energie achter diepe aardbevingen op alle diepten tussen 70 en 700 km, misschien te veel. De rollen van temperatuur en water zijn ook belangrijk op alle dieptes, hoewel niet precies bekend. Zoals wetenschappers zeggen, is het probleem nog steeds slecht beperkt.
Diepe aardbevingsdetails
Er zijn nog enkele belangrijke aanwijzingen over gebeurtenissen met een diepe focus. Een daarvan is dat de breuken erg langzaam verlopen, minder dan de helft van de snelheid van ondiepe breuken, en ze lijken te bestaan uit plekken of dicht bij elkaar gelegen subevents. Een ander is dat ze weinig naschokken hebben, slechts een tiende zoveel als ondiepe aardbevingen. Ze verlichten meer stress; dat wil zeggen, de spanningsdaling is over het algemeen veel groter voor diepe dan voor ondiepe gebeurtenissen.
Tot voor kort was de consensuskandidaat voor de energie van zeer diepe aardbevingen de faseverandering van olivijn naar olivijn-spinel of transformationele fouten. Het idee was dat kleine lenzen van olivijn-spinel zich zouden vormen, geleidelijk zouden uitzetten en uiteindelijk in een plaat zouden aansluiten. Olivijn-spinel is zachter dan olivijn, daarom zou de stress een weg vinden van plotselinge vrijlating langs die lakens. Er kunnen zich lagen gesmolten gesteente vormen om de werking te smeren, vergelijkbaar met superfouten in de lithosfeer kan de schok meer transformationele fouten veroorzaken en de aardbeving zou langzaam groeien.
Toen vond de grote aardbeving in Bolivia van 9 juni 1994 plaats, een gebeurtenis met een kracht van 8,3 op een diepte van 636 km. Veel arbeiders dachten dat dit te veel energie zou zijn voor het model van transformationele fouten. Andere tests hebben het model niet bevestigd. Niet iedereen is het daarmee eens. Sindsdien hebben specialisten op het gebied van diepe aardbevingen nieuwe ideeën uitgeprobeerd, oude verfijnd en een bal gemaakt.