Tonga é o paraíso dos sismólogos, e não apenas por causa das praias de areia branca. A zona de subducção na costa leste do arquipélago acumula mais terremotos de profundidade intermediária e profundos do que qualquer outra zona de subducção, onde uma placa da litosfera da Terra mergulha sob a outra, no planeta.

"Tonga é um lugar tão extremo, e isso o torna muito revelador, "disse S. Shawn Wei, um sismólogo que obteve seu doutorado na Washington University em St. Louis e agora é um pós-doutorado no Scripps Institution of Oceanography em San Diego.

Esse enxame de terremotos é catnip para os sismólogos porque eles ainda não entendem o que faz com que os terremotos ocorram em profundidades tão grandes.

Abaixo de cerca de 40 milhas, o enorme calor e pressão no interior da Terra deve manter a rocha macia e flexível, mais inclinado a escorrer do que a estalar. Portanto, desencadear um terremoto em profundidade deveria ser como fazer com que o melaço se espatifasse.

Na edição de 11 de janeiro de Avanços da Ciência , uma equipe de sismólogos da Universidade de Washington, O Scripps Institution of Oceanography e o Carnegie Institution for Science analisam os dados de 671 terremotos que ocorreram entre 30 e 280 milhas abaixo da superfície da Terra na Placa do Pacífico enquanto descia para a Fossa de Tonga.

Analisando dados de várias pesquisas sísmicas com sismômetros de fundo oceânico e estações sísmicas baseadas em ilhas, eles ficaram surpresos ao encontrar uma zona de intensa atividade sísmica na laje descendente, que eles chamam de cinturão sísmico.

O padrão da atividade ao longo da laje forneceu fortes evidências de que os terremotos são provocados pela liberação de água em profundidade.

"Parece que o cinturão sísmico é produzido pela descarga repentina de água quando a placa aquece o suficiente para que os minerais hidratados possam se decompor e liberar sua água, "disse Doug Wiens, o distinto professor Robert S. Brookings de ciências terrestres e planetárias em artes e ciências na Washington University.

"A pressão do fluido causa terremotos da mesma forma que as águas residuais injetadas em poços profundos os causa em Oklahoma, "Disse Wiens." Embora os detalhes sejam muito diferentes quando está a muitos quilômetros de profundidade, é o mesmo processo físico. "

Uma zona de subducção campeã

A Fossa de Tonga ocupa um lugar de honra nos anais da sismologia porque é onde os cientistas americanos, convidado a investigar a terra murmurante pelo Rei de Tonga, tiveram o primeiro vislumbre de uma zona de subducção em ação.

O artigo clássico que os cientistas Bryan Isacks, Jack Oliver e Lynn Sykes, publicado em 1968, levou à aceitação da então teoria especulativa das placas tectônicas.

Em 1985, o sismólogo japonês Hitoshi Kawakatsu descobriu outra coisa interessante em Tonga:a laje descendente tem uma zona sísmica dupla. "Existem duas zonas de terremotos na laje, "Disse Wiens." Um está na parte superior da laje e o outro está no meio da laje. "

Wiens, que tem estudado a zona de subducção de Tonga desde o início de 1990, diz que é um grande laboratório natural porque suas características são muito extremas. O fundo do oceano que está mergulhando é mais antigo e mais frio do que a maioria das outras lajes de subducção. Ele também está se movendo muito rápido.

"Na parte norte da Fossa de Tonga, a laje está se movendo 9 polegadas por ano, "disse Wiens." A Falha de San Andreas, por comparação, se move 2 polegadas por ano. "

E a laje de subducção tem outra peculiaridade útil. Não está descendo para a trincheira a uma velocidade uniforme, mas sim muito mais rápido na extremidade norte da trincheira do que na extremidade sul.

Isso significa que a laje aquece em taxas diferentes ao longo de seu comprimento. "É como empurrar uma barra de chocolate fria em uma panela de pudim borbulhante, "disse Wiens." Se você empurrar devagar, o chocolate tem uma chance de aquecer e derreter, mas se você empurrar rápido, o chocolate fica frio por mais tempo. "

Esta é uma configuração perfeita para estudar o fenômeno dependente da temperatura.

A surpresa

Quando Wei analisou os dados de Tonga, ele viu a zona sísmica dupla que o cientista japonês havia descoberto. "Devemos acompanhar aquele artigo de 1985, " ele disse.

"Onde a zona sísmica dupla começou a quebrar em Tonga, Contudo, vimos esta área realmente ativa de terremotos que chamamos de cinturão sísmico, "Disse Wiens." Isso foi uma surpresa; não estávamos esperando por isso. "

Por que a explosão repentina de terremotos quando a laje desceu? A pista reveladora era que a explosão fazia um ângulo ascendente de norte a sul ao longo da laje. Quanto mais rápido a laje se movia, quanto mais profundos os terremotos, e quanto mais lenta a laje, o mais raso dos terremotos.

O cinturão sísmico em ângulo disse aos cientistas que o mecanismo que desencadeia os terremotos é sensível à temperatura. "Achamos que os terremotos ocorrem quando o manto na laje descendente fica quente o suficiente para liberar sua água, "Disse Wiens.

"As pessoas já propuseram este mecanismo antes, mas esta é a arma fumegante, "Wiens continuou." A sismicidade está mudando a profundidade de uma forma que está correlacionada com a taxa de subducção e a temperatura da laje. "

O ciclo das águas profundas

Mas de onde vem a água, e por que é lançado de repente?

O interior da placa do Pacífico é exposto à água do mar à medida que a placa é puxada para baixo da Placa de Tonga e as falhas se abrem em sua superfície superior, Disse Wei. A água do mar reage com a rocha para formar minerais hídricos (minerais que incluem água em sua estrutura cristalina) na família da serpentina. O mais abundante desses minerais serpentinos é uma pedra verde chamada antigorita.

Mas conforme a laje desce e a temperatura e a pressão aumentam, esses minerais hidratados se tornam instáveis ​​e se decompõem por meio de reações de desidratação, Disse Wei.

Essa liberação repentina de grandes quantidades de água é o que desencadeia os terremotos.

"A temperatura que prevemos nos locais do terremoto sugere fortemente que os minerais desidratam muito profundamente na zona de subducção de Tonga, disse Peter van Keken, um cientista da equipe do Carnegie Institution for Science e um co-autor do artigo.

Os "diagramas de fase" para as reações de desidratação de antigorita se sobrepõem perfeitamente à pressão e temperatura da placa no cinturão sísmico.

Mas os diagramas de fase não são tão confiáveis ​​nessas temperaturas e profundidades extremas. Então Wei, para um, gostaria de ver mais dados de laboratório sobre o comportamento da antigorita e outros minerais hídricos em alta temperatura e pressão para definir o mecanismo.

Para ele, a parte mais emocionante da pesquisa é a evidência de água a 180 milhas abaixo da superfície.

"Atualmente, não sabemos a quantidade de água que chega às profundezas da Terra ou a que profundidade a água pode finalmente alcançar, "Wei disse." Em outras palavras, não sabemos quanta água está armazenada no manto, que é um fator chave para o orçamento de água da Terra. "

A água lá embaixo pode ser tão importante para nós quanto a água aqui em cima. Está começando a parecer que a água é o lubrificante que lubrifica a máquina que recicla a crosta terrestre.

"O conjunto de dados de Tonga é um grande tesouro que exploraremos por muitos anos, "disse Wei." Tonga tem muito mais histórias para nos contar sobre o interior da Terra. "