زلزله‌های اعماق زمین چه تفاوتی با لرزه‌های نزدیک به سطح زمین دارند

دانشمندان دهه‌هاست می‌دانند زلزله‌های عمیق، به‌ویژه آن‌هایی که در بیشتر از عمق ۶۰ کیلومتری سطح زمین رخ می‌دهند، انرژی لرزه‌ای متفاوتی نسبت به لرزه‌های نزدیک به سطح تولید می‌کنند.

در حال حاضر یک تیم پژوهشی از دانشگاه هیوستون روشی برای تجزیه‌وتحلیل الگوهای انتشار امواج لرزه‌ای در زمین ‌لرزه‌های عمیق پیشنهاد داده است. آن‌ها قصد دارند نشان دهند زمین لرزه‌های عمیق جهانی در سنگ‌های ناهمگن حضور دارند، موضوعی که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است. ناهمگنی (انیزوتوپی) سنگ‌ها وقتی آن‌ها در طول جهت‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شوند، به تفاوت در سرعت انتشار امواج لرزه‌ای اشاره می‌کند.

یافته‌های پژوهگران روز دوشنبه، ۳۰ ژوئیه در ژورنال Nature Geoscience منتشر شد.

به‌گفته‌ی سازمان زمین‌شناسی آمریکا، اکثر زمین ‌لرزه‌ها در اعماق کم رخ می‌دهند. این زمین ‌لرزه‌ها عموماً خسارت‌های بیشتری نسبت به زمین لرزه‌های عمیق‌تر به بار می‌آورند. با این حال هنوز سؤالات اساسی درمورد علل زمین لرزه‌های عمیق وجود دارد.

سنگ‌های معمولی در چنین اعماق بسیاری، شکل‌پذیر و انعطاف‌پذیر هستند، زیرا دما در این اعماق بالا است. بنابراین، نمی‌توانند به‌طور ناگهانی شکافته شوند و زمین‌ لرزه‌های عمیق تولید کنند. اینگونه لرزه‌ها در زیر منطقه فرورانش رخ می‌دهد؛ جایی که دو صفحه تکتونیک (زمین‌ساخت) در شیارهای اقیانوسی به هم برخورد می‌کنند. صفحه‌ای که تحت صفحه دیگر رانده می‌شود، صفحه‌ی ‌فرورانشی خوانده می شود. یینگ‌کای ژنگ، استادیار در زمینه تصویربرداری لرزه‌ای در کالج UH علوم طبیعی Natural Sciences، ریاضی‌دان و نویسنده همکار مقاله، بیان می‌کند لرزه‌شناسان از سال ۱۹۲۶ شروع به جست‌وجو برای فهم زمین لرزه‌های عمیق کردند؛ یعنی از زمان کشف این پدیده. فرضیه‌ها شامل اثر شاره‌ها، گرمایش حرارتی فرار یا تغییر فاز جامد می‌شود که به‌دلیل رمبش ناگهانی ساختار بلوری کانی‌ است.

علاوه بر ژنگ، پژوهشگران دیگری در این کار تحقیقی حضور و مشارکت داشتند: نویسنده ژیاشوان لی، دانشجوی دوره‌ی PhD در دپارتمان علوم زمین و جوی؛ لئون تامسون، استاد پژوهشی در زمینه ژئوفیزیک؛ توماس جی. لاپن، استاد زمین‌شناسی؛ و شیندینگ فانگ، استاد راهنما در UH و نیز دانشیار دانشگاه جنوبی علوم و تکنولوژی چین. ژنگ می‌گوید:

 در طول این ۵۰ سال، شواهد محکمی وجود داشته است که بخش عظیمی از زمین لرزه‌های عمیق از الگوی انتشاری دوگانه‌ای (Double-couple) که در اکثر زمین لرزه‌های کم عمق دیده می شود، تبعیت نمی‌کنند. ما باید بدانیم چرا این اتفاق می‌افتد. گسستگی برش در یک گسلی که از پیش وجود داشته است این الگوی دوگانه را سبب می شود.

بنیاد ملی علوم روی این کار پژوهشی با توجه به علل بالقوه برای الگوهای انتشاری مختلف سرمایه‌گذاری کرده است. ژنگ می‌گوید نظریه‌های ابتدایی اظهار می‌کنند که زمین لرزه‌های عمیق از یک مکانیسم گسستگی و احتمالاً فرایندهای فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به زمین لرزه‌های کم‌عمق نشأت می‌گیرد.

پس از مطالعه الگوهای انتشاری ۱۰۵۷ زمین لرزه عمیق در ۶ منطقه فرورانش جهانی، پژوهشگران به توضیح دیگری روی آوردند. آن‌ها دریافتند ساختار سنگی که لرزش عمیق را محاصره می‌کند، انتشار لرزه‌ای را به یک الگوی غیر دوگانه‌ای تغییر می‌دهد. لی می‌گوید:

هم الگوهای انتشاری دوگانه و هم الگوهای نامتداول زمین لرزه‌های عمیق به طور هم‌زمان از طریق گسستگی برش در یک ساختار سنگی چندلایه قابل توضیح است.

صفحه فرورانش قبل از ورود به شیار، می‌تواند آب را جذب کند تا کانی‌های ناهمگن هیدراته تشکیل شوند. وقتی صفحه به درون گوشته زمین فرو می‌رود، به‌دلیل شرایط فشار و دمایی بالا آب امکان خروج می‌یابد. این فرایند دهیدراسیون نام دارد. دهیدراسیون و برش قوی موجود در طول فصل مشترک صفحه می تواند سنگ را شکننده کند و در عمق میانی زمین لرزه‌ها گسستگی ایجاد کند؛ یعنی آن‌هایی که در عمق بین ۶۰ تا ۳۰۰ کیلومتری تعریف می شوند. به‌گفته‌ی لی:

در این اعماق ما در می‌یابیم ساختار سنگ ناهمگن همیشه با سطح صفحه موازی است، هرچند صفحه می‌تواند جهت خود را از مکانی به مکان دیگر تغییر دهد.

سنگ‌هایی که در اعماق بیشتری یافت می شوند نیز ناهمگنی دارند. این بحث به ما می‌گوید موادی از قبیل منیزیت یا حفره‌هایی از کربناتیت گداخته هم‌سطح ممکن است در گسستگی‌های عمیق نقش داشته باشند. ناهمگنی اشاره‌شده بسیار است؛ حدود ۲۵ درصد، و از طرفی مکانیسم تغییر فاز جامد شبه‌پایدار قادر به تهیه مایحتاج ناهمگنی نیست.