Sügavad maavärinad: miks need juhtuvad?

1920. aastatel avastati sügavad maavärinad, kuid need jäävad täna vaidluse alla. Põhjus on lihtne: neid ei peaks juhtuma. Kuid need moodustavad enam kui 20 protsenti kõigist maavärinatest.

Madalad maavärinad vajavad tahkete kivimite esinemist, täpsemalt külmade, rabedate kivimite tekkimist. Ainult neid saab hoida elastne tüvi piki geoloogilist viga, mida kontrollitakse hõõrdumisega, kuni tüvi vabaneb tugeval rebenemisel.

Maa muutub kuumaks umbes 1 kraadi C võrra keskmiselt iga 100 meetri sügavuse kohta. Kombineerige see kõrgsurvega maa alla ja on selge, et umbes 50 kilomeetrit alla, edasi keskmiselt peaksid kivimid olema liiga kuumad ja liiga tihedalt pigistatud, et neid mõratada ja lihvida pind. Seega nõuavad sügava fookusega maavärinad - need, mis asuvad vähem kui 70 km kaugusel - selgitust.

Subduktsioon annab meile selle ümber. Kuna Maa väliskesta moodustavad litosfäärilised plaadid interakteeruvad, on mõned neist allapoole vajunud. Plaaditektoonilisest mängust väljudes saavad nad uue nime: tahvlid. Alguses hõõruvad tahvlid vastu ülemist plaati ja painduvad pinge all, põhjustades madalaid subduktsiooni maavärinaid. Need on hästi lahti seletatud. Kuid kui plaat läheb sügavamale kui 70 km, löögid jätkuvad. Arvatakse, et abiks on mitu tegurit:

• Vahevöö ei ole homogeenne, vaid on palju erinevaid. Mõned osad jäävad väga pikka aega rabedaks või külmaks. Külmplaat võib leida midagi kindlat, millele vastu suruda, põhjustades pinnapealseid värisevusi, üsna sügavamat, kui keskmised vihjavad. Veelgi enam, painutatud plaat võib ka painduda, korrates deformatsiooni, mida ta varem tundis, kuid vastupidises mõttes.
• Plaadis olevad mineraalid hakkavad rõhu all muutuma. Metamorfiseeritud basalt ja plaadil asetsev gabbro muutub blueschisti mineraalide komplektiks, mis omakorda muutub granaatirikkaks eklogiidiks umbes 50 km sügavusel. Vesi eraldub protsessi igas etapis, samal ajal kui kivimid muutuvad kompaktsemaks ja muutuvad rabedamaks. See dehüdratsiooni nõrgenemine mõjutab tugevalt maa-aluseid pingeid.
• Kasvava surve all serpentiin tahvlis olevad mineraalid lagunevad mineraalideks oliviin ja enstatite pluss vesi. See on serpentiini moodustumise vastupidine viis, mis juhtus plaadi noorena. Arvatakse, et see on valmis umbes 160 km sügavusel.
• Vesi võib põhjustada plaadi lokaalse sulamise. Sulanud kivimid, nagu peaaegu kõik vedelikud, võtavad rohkem ruumi kui tahked ained, seega võib sulatamine murrud purustada isegi suurel sügavusel.
• Laias sügavusvahemikus, keskmiselt 410 km, hakkab oliviin muutuma erinevaks kristallvormiks, mis on identne mineraal-spinelliga. Seda nimetavad mineraloodid pigem keemiliseks muutuseks kui faasimuutuseks; see mõjutab ainult mineraali mahtu. Oliviin-spinell muutub umbes 650 km kaugusel jälle perovskiteks. (Need kaks sügavust tähistavad vahevöösid üleminekutsoon.)
• Muud märkimisväärsed faasimuutused hõlmavad enstatiiti – ilmeniiti ja granaati – perovskiiti sügavamal kui 500 km.

Seega on sügavate maavärinate taga 70–700 km sügavusel palju kandidaate energia saamiseks, võib-olla liiga palju. Temperatuuri ja vee rollid on olulised ka igas sügavuses, ehkki pole täpselt teada. Nagu teadlased väidavad, on probleem endiselt halvasti piiratud.

Sügavale keskendunud sündmuste kohta on veel mõned olulised vihjed. Üks on see, et purunemised toimuvad väga aeglaselt, madalamate rebendite kiirusest vähem kui poolega, ja näib, et need koosnevad plaastritest või tihedalt asetsevatest subeventidest. Teine võimalus on see, et neil on vähe järelmõjusid, seda teeb vaid kümnendik nii palju, kui madalaid värisejaid. Nad leevendavad rohkem stressi; see tähendab, et stressi langus on tavaliselt sügavate kui madalate sündmuste korral palju suurem.

Kuni viimase ajani oli väga sügavate raputuste energia üksmeelne kandidaat faasi muutus oliviinist oliviin-spinelliks või transformatsiooniline süü. Idee oli see, et tekivad väikesed oliviin-spineli läätsed, laienevad järk-järgult ja ühendavad lõpuks lehe. Oliviin-spinell on pehmem kui oliviin, seetõttu võib stress tekitada nende lehtede vahel äkilise vabanemise. Toimingu määrimiseks võivad moodustuda sulatatud kivimi kihid, sarnaselt ülivõrded litosfääris võib šokk põhjustada rohkem transformatsioonilisi tõrkeid ja värisemine kasvab aeglaselt.

Siis leidis aset 9. juuni 1994. aasta suur Boliivia sügav maavärin, 8,3-magnituudine sündmus 636 km sügavusel. Paljud töötajad arvasid, et ümberkujundamise tõrgete mudeli arvestamiseks on liiga palju energiat. Muud testid ei suutnud mudelit kinnitada. Kõik pole nõus. Pärast seda on sügava maavärina spetsialistid proovinud uusi ideid, viimistlenud vanu ja korraldanud palli.