Nejhlubší zemětřesení, jaké kdy bylo zaznamenáno

Dosud nejhlubší zemětřesení, jaké vědci zaznamenali, se událo v ohromující hloubce 751 kilometrů pod zemským povrchem. Doposud se mělo za to, že v takové hloubce je to nemožné. K zemětřesení došlo ve spodním plášti Země, kde seismologové předpokládali, že při extrémních tlacích se horniny s větší pravděpodobností ohýbají a deformují, než aby se zlomily s náhlým uvolněním energie. Země nás stále překvapuje a ne vždy se chová přesně podle očekávání.

Zemětřesení, o kterém poprvé informoval časopis Geophysical Research Letters, bylo menším následným otřesem po zemětřesení o síle 7,9 Richterovy stupnice, které v roce 2015 otřáslo Boninskými ostrovy u Japonska. Výzkumníci vedení seismologem Ericem Kiserem z University of Arizona zaznamenali zemětřesení pomocí japonského Hi-net pole seismických stanic. Pole je v současnosti nejvýkonnějším systémem pro detekci zemětřesení, který se používá. Zemětřesení bylo malé a na povrchu nebylo cítit, takže k jeho nalezení byly potřeba citlivé přístroje.

Většina zemětřesení je mělká

Drtivá většina zemětřesení pochází ze zemské kůry a horního pláště v prvních 100 km pod povrchem. V zemské kůře, která sahá v průměru jen asi do hloubky 20 km, jsou horniny studené a křehké. Když jsou vystaveny stresu, mohou se před zlomením jen minimálně ohnout a uvolňovat energii jako stočená pružina. Hlouběji v kůře a spodním plášti jsou horniny teplejší a pod vyšším tlakem, díky čemuž jsou méně náchylné ke skokovému porušení. Ale i v této hloubce může k zemětřesení dojít, když vysoký tlak tlačí na póry v horninách naplněné tekutinou a vytlačuje tekutiny ven. Za těchto podmínek jsou horniny také náchylné ke křehkému rozbití.

Tyto druhy zemské dynamiky mohou vysvětlit otřesy až do hloubky 400 km, což je stále v horním plášti. Avšak i před zmíněným otřesem v Boninu v roce 2015 byly ve spodním plášti pozorovány otřesy až z hloubky asi 670 km. Tato zemětřesení byla dlouho záhadná. Póry v horninách, které zadržují vodu, jsou zde uzavřené, takže nemohou být spouštěčem.

Změny minerálů 

Problém s hlubokými zemětřeseními souvisí se způsoby chování minerálů pod tlakem. Velká část pláště planety je tvořena minerálem zvaným olivín, který je lesklý a zelený. Přibližně v hloubce 400 km způsobují tlaky, že se atomy olivínu přeskupují do jiné struktury, do namodralého minerálu zvaného wadsleyit. O dalších 100 km hlouběji se wadsleyit přeuspořádá na ringwoodit. Nakonec, asi 680 km hluboko v plášti, se ringwoodit rozpadá na dva minerály, bridgmanit a periklas. Geofyzikové samozřejmě nemohou sondovat tak hluboko do Země přímo, ale mohou použít laboratorní vybavení k simulování extrémních tlaků a pozorování těchto změn v minerálech. A protože seizmické vlny se různými minerálními fázemi pohybují různě, mohou geofyzici vidět známky těchto změn při studiu vibrací způsobených velkými zemětřeseními. 

Poslední přechod v hloubce blízké 680 km označuje konec horního pláště a začátek spodního pláště. Na různých minerálních fázích nejsou důležité jejich názvy, ale to, že se každá chová jinak. Je to podobné jako u grafitu a diamantu - oba jsou z uhlíku, ale v jiném uspořádání. Grafit je forma, která je stabilní na zemském povrchu, zatímco diamant je forma, která je stabilní hluboko v plášti. A  chovají se velmi odlišně: Grafit je měkký, šedý a kluzký, zatímco diamant je extrémně tvrdý a průhledný. Jak se olivín pod  tlakem transformuje, je pravděpodobnější, že se ohne a méně se rozbije způsobem, který způsobí zemětřesení. 

Geologové si až do 80. let 20. století lámali hlavu nad zemětřeseními ve svrchním plášti a dodnes se všichni neshodnou na tom, proč k nim dochází právě tam. Pamela Burnley, profesorka geomateriálových věd na Univerzitě v Las Vegas, a její doktorandský poradce, mineralog Harry Green, přišli s možným vysvětlením. Při experimentech v 80. letech minulého století dvojice zjistila, že za některých podmínek může například olivín přeskočit wadsleyitovou fázi a zamířit rovnou k ringwooditu. A právě při přechodu z olivínu do ringwooditu by se pod dostatečným tlakem mohl minerál místo ohnutí skutečně zlomit. To by mohlo vysvětlit zemětřesení v hloubkách pod 400 km. Svůj nález oznámili v roce 1989 v časopise Nature. 

Do větší hloubky

Zemětřesení zaznamenané v Boninu však bylo ještě ve větší hloubce, než je tato přechodná zóna -přímo ve spodním plášti. Jednou z možností je, že hranice mezi horním a spodním pláštěm v oblasti Boninu prostě není přesně tam, kde ji seismologové očekávají. Oblast u ostrova Bonin je subdukční zónou, kde se deska oceánské kůry potápí pod vrstvou kontinentální kůry. Tam tedy jistě nastává deformace.  Podsouvající se deska kůry se mohla v podstatě usadit na spodním plášti dostatečně pevně, aby tam horniny vystavila obrovskému tlaku, vyvíjejícímu rovněž dostatek tepla, aby mohl nastat velmi neobvyklý zlom. Nejpravděpodobnější vysvětlení má však asi co do činění s minerály, které se chovají podivně - čili jinak, než předpokládáme. Kontinentální kůra, která se řítí směrem ke středu Země, je mnohem chladnější než okolní materiály, to znamená, že minerály v blízkosti nemusejí být dostatečně teplé, aby dokončily fázové změny, které mají při daném tlaku provést.

Dobrým příkladem jsou opět diamant a grafit. Diamant není na zemském povrchu stabilní, což znamená, že by se zde spontánně netvořil, ale ani se nerozkládá na grafit, když ho nosíte v prstenu. Je to proto, že množství energie, kterou atomy uhlíku potřebují k přeskupení, je vyšší, než odpovídá běžným teplotám na zemském povrchu. (Pokud někdo nerozbije diamant rentgenovým laserem.)

Něco podobného se může stát v hloubce s olivínem. Minerál může být pod dostatečným tlakem, aby se přeměnil na nekřehkou fázi, ale pokud je příliš chladný – řekněme kvůli obrovské desce chladné kontinentální kůry všude kolem – může zůstat olivínem. To by mohlo vysvětlovat, proč by zemětřesení mohlo mít původ ve spodní kůře: Tam dole to prostě není tak horké, jak vědci očekávají.

Ať už je příčina zemětřesení jakákoli, není pravděpodobné, že se bude často opakovat, řekl Houston. Jen asi polovina subdukčních zón po celém světě dokonce zažívá hluboká zemětřesení a druh velkého zemětřesení, které tomuto ultra hlubokému zemětřesení předcházel, se vyskytuje v průměru pouze jednou za dva až pět roků.

Zdroj: Deepest earthquake ever detected should have been impossible | Live Science