Transições de fase em olivina podem ser a causa de falhas sísmicas profundas

Esquerda:A amostra recuperada. As linhas tracejadas vermelhas representam falhas. Centro:A falha preenchida com olivina nanocristalina e wadsleyita. Direita:Uma visão de perto da goivagem de falhas. Partículas ricas em ferro (um produto da fusão parcial da olivina:verde) são distribuídas ao longo dos limites de grão da olivina nanocristalina. Crédito:Tomohiro Ohuchi, Universidade de Ehime

Os terremotos que ocorrem em profundidades de várias centenas de quilômetros no manto são chamados de "terremotos de foco profundo". Tais terremotos ocasionalmente resultam em desastres graves, como o terremoto boliviano de 1994, que ocorreu a uma profundidade de 638 km com magnitude de 8,3.
A causa dos terremotos de foco profundo, no entanto, tem sido um mistério, porque os terremotos ocorrem com o deslizamento rápido de uma falha, o que é difícil sob as grandes pressões do manto profundo. Tentativas foram feitas para entender o mecanismo de ocorrência de terremotos de foco profundo com base em experimentos de deformação de laboratório, mas experimentos sob condições do manto profundo não foram feitos devido a limitações tecnológicas.

Uma equipe realizou, pela primeira vez, experimentos de deformação em olivina natural, o principal mineral do manto e litosfera oceânica subdutora (laje), por nosso aparelho de deformação de grande volume e de última geração em combinação com síncrotron Observações de raios-X. Eles observaram a ocorrência de grandes falhas na amostra por imagens de raios-X sob condições do manto profundo e "terremotos" associados por medições de emissão acústica ultrassônica.

Após análises cuidadosas da amostra recuperada, eles descobriram que a falha foi induzida pelo crescimento da "nova" olivina com grãos ultrafinos de dezenas de nanômetros sobre a transformação de fase da "velha" olivina, que funcionou como um lubrificante para o rápido deslizamento da culpa. Eles também encontraram evidências de que a amostra foi fundida localmente ao longo da falha devido à temperatura muito alta causada pelo rápido deslizamento. Seu modelo, baseado nesses experimentos de laboratório, explica bem a distribuição de terremotos de foco profundo, que aumentam com profundidades de ~ 400 km a ~ 600 km, onde se espera que a olivina "velha" metaestável forme "nova" de granulação ultrafina olivina.

A pesquisa foi publicada em Nature Communications .

Esquerda:Formação de pacotes lenticulares preenchidos com olivina/wadsleyita nanocristalina. Direita:Localização do cisalhamento na camada fraca que é formada pela coalescência dos pacotes lenticulares. Isso resulta em aquecimento de cisalhamento seguido por falhas e terremotos de foco profundo. Crédito:Tomohiro Ohuchi, Universidade de Ehime
Este estudo sugere que os hipocentros de terremotos de foco profundo estão distribuídos preferencialmente ao redor da superfície da cunha de olivina metaestável, que forma a parte central da laje subductada. Crédito:Tomohiro Ohuchi, Universidade de Ehime