Землетрясение у берегов Японии шокировало ученых — оно меняет представление о структуре Земли

В 2015 году у берегов Японии наша планета начала сотрясаться от серии своеобразных землетрясений, которые серьезно озадачили ученых. Казалось бы, землетрясения для Японии вообще не редкость, поэтому ничего удивительного в них нет. Но на этот раз землетрясение отличалось от всех тех, которые происходили ранее, причем, не только поблизости Японии, но и вообще на Земле. Дело в том, что оно возникло на глубине в сотнях километров, где температура и давление настолько высокие, что твердые породы склонны скорее деформироваться как пластилин, а не ломаться и трескаться. Первый толчок, который произошел у берегов отдаленных японских островов Бонин, был зарегистрирован с магнитудой 7,9 и глубиной до 680 километров под землей, что сделало его одним из самых глубоких землетрясений такой силы. Затем в последовавшем за этим каскаде афтершоков проявилась еще одна странность — небольшой очаг оказался самым глубоким из когда-либо наблюдавшихся землетрясений.

Землетрясение в нижних слоях мантии — возможно ли такое?

Сверхглубокое землетрясение, недавно описанное в журнале Geophysical Research Letters, по оценкам специалистов возникло на глубине примерно на 751 километр. Если вы помните структуру Земли, на этой глубине располагается нижняя мантия. Долгое время ученые считали, что землетрясения на такой глубине невозможны или, по крайней мере, маловероятны. Правда, справедливости ради следует отметить, что намеки на возникновение землетрясений на таких глубинах возникали и раньше, но не были подтверждены.

"Это, безусловно, лучшее свидетельство землетрясения в нижней мантии" — говорит Дуглас Винс, сейсмолог, специализирующийся на глубоких землетрясениях из Вашингтонского университета в Сент-Луисе

Но, стопроцентной уверенности, что землетрясение возникло именно в нижней мантии, пока нет. Чтобы окончательно убедиться в этом, ученым понадобятся дополнительные исследования. Дело в том, что граница слоев проходит в среднем действительно на глубине 660 километров. Однако на отдельных участках ее глубина может варьироваться. В частности, считается, что под Японией нижняя мантия начинается примерно на глубине 700 километров. Эксперты обнаружили несколько афтершоков на этой глубине, но один из толчков возник намного глубже.

Надо сказать, что глубокие землетрясения хоть и не такие опасные, как поверхностные, их изучение представляет для ученых не меньший интерес. Это явление может помочь разгадать механизмы, в результате которых слои нашей планеты смещаются глубоко под нашими ногами. Сейсмические толчки эксперты даже называют одними из немногих “окон”, позволяющих заглянуть во внутреннее устройство планеты.

Землетрясения в нижних частях мантии ранее считалось невозможными

Глубинное землетрясение в Японии — причины возникновения

В течение почти столетия ученые ломали голову над тем, почему вообще происходят глубинные землетрясения. Как известно, вблизи поверхности тектонические плиты движутся и сталкиваются друг с другом, в результате чего создают напряжение. Когда одна из плит раскалывается и смещается, напряжение снимается, но при этом возникают толчки.

Глубоко в недрах Земли такие процессы маловероятны, так как высокое давление и огромная температура их сдерживает. Порода в таких условиях становится более пластичной и сдавленной со всех сторон. Что же тогда с ней происходит? Как утверждают специалисты, она может ломаться при быстрой деформации. В качестве примера можно представить жевательную резинку. Если ее медленно растягивать, она будет тянуться и превращаться в нить. Но, если сделать резкий рывок, она с хлопком порвется на две части.

Ученые заметили, что все глубокие землетрясения происходят вблизи современных или древних зон, где в результате столкновения тектонических плит одна из них стала погружается под другую. Погружающиеся на экстремальные подземные глубины тектонические плиты, вероятно, и вызывают сотрясения далеко под поверхностью. Но ученые до сих пор не могут сказать, как и почему напряжение становится настолько высоким, чтобы вызвать землетрясение на большой глубине.

Землетрясения возникают на участках, где тектонические плиты погружаются глубоко в недра

Одна популярная версия связана с тем же явлением, которое разделяет мантию на слои. Верхняя мантия изобилует зеленым минералом оливином. На больших глубинах кристаллическая структура минерала уже не стабильна. Начиная примерно с 410 километров атомы могут перегруппироваться в минералы вадслеит или рингвудит. Трансформация оливина внутри плиты может создать слабые места в породе. В результате на этих участках она может быстро деформироваться, вызывая глубокое землетрясение.

Однако, примерно на глубине 660 км структура резко меняется. Породы ниже этой границы намного плотнее, чем те, что расположены выше над ней. В этом слое преобладает минерал бриджманит. Поэтому, если землетрясение действительно произошло в этом слое планеты, оно было вызвано не оливином.

Возможно, толчки вызывает преобразование другого минерала в тонущей плите — энстатита. Кроме того, некоторые специалисты говорят еще об одном механизме, который мог вызвать такое явление. Крошечные афтершоки, последовавшие за землетрясением магнитудой 7,9 баллов, по-видимому, произошли около основания разорванной плиты дна Тихого океана. Возможно, она немного осела и пробила верхнюю часть нижней мантии. Этого небольшого сдвига могло быть достаточно, чтобы сконцентрировать большие напряжения в основании плиты, когда она погружалась в более плотные породы нижней мантии.

Причиной глубинных землетрясений мог быть минерал энстатит

Сверхглубинного землетрясения в Японии могло не быть?

Землетрясение в нижней части мантии может изменить давнее представление ученых о внутреннем устройстве нашей планеты. Однако не все убеждены в достоверности утверждений, изложенных в новом исследовании. В некоторых случаях методы, используемые для усиления сигналов такого землетрясения, могут вызывать “ложные тревоги». Об этом говорит Инцай Чжэн , сейсмолог из Хьюстонского университета.

Ложная тревога может возникнуть, например, если волны от другого толчка отразятся от внутренних структур Земли, а затем будут уловлены сейсмической аппаратурой. Правда, другой известный сейсмолог Джон Видейл, сотрудник Университета Южной Калифорнии, говорит, что сейсмические сигналы, похоже, исходили от настоящего землетрясения. По его словам, глубина была определена безошибочно. Под вопросом остается лишь глубина, на которой проходит граница верхней и нижней мантии.

По мере того, как плита погружается, она может охладить окружающие породы, отодвигая тем самым нижнюю границу мантии на большие глубины. Чтобы дать точный ответ на этот вопрос, ученые продолжают исследования, применяя для этого современные технологии. Вполне возможно, что загадка глубинных землетрясений будет разгадана уже в ближайшее время.