רעידות אדמה גדולות מסוג מגה-תרעתי בפינות פלגית הסדק הגורם במעטפת קרה תחת הפאזה של lawsonite blueschist

מדוע רעידות אדמה עמוקות חשובות

רוב האנשים מדמיינים רעידות אדמה כשבר של קרום כדור הארץ רדוד ממש מתחת לרגליהם. אך כמה מן הרעידות החזקות ביותר בכדור הארץ קורעות סלעים בעומק של יותר מ‑30 מייל, שם הטמפרטורות והלחצים קיצוניים. מאמר זה בוחן מדוע רעידות חריגות וגדולות יכולות להתרחש כל כך עמוק באזורי תת־הידררות מסוימים — שם לוח טקטוני אחד שוקע מתחת לאחר — ומראה שסוג מסוים של משקע ימי שעבר שינוי עשוי להוות את המפתח.

באיזה עומק רעידות גדולות בדרך כלל נפסקות

ברבים מאזורי התת‑הידררות שנחקרו היטב, כגון מול יפן או בצפון‑מערב האוקיינוס השקט, רעידות רוחב־גדולות מסוג "מגה‑תרעתי" נוטות להתרחש רק עד עומק מסוים. מתחת לכ־350 °C או בסמוך לגבול בין הקרום למעטפת של כדור הארץ, סלעים בדרך כלל מעוותים בצורה חלקה מדי כדי לייצר קרעים גדולים. במקום שברים פתאומיים הם מקיימים זחילה איטית או אירועים חלשים ורעידים הנקראים החלשות איטית ורעידות רקע. מגבלה זו על עומק עיצבה את האופן שבו מדענים מעריכים את גודל הרעידות והציוניות העתידיות.

תעלומה באזורי תת‑הידררות קרים

ועדיין, כמה רעידות אחרונות מפריכות את הכלל הזה. רעידת הקרקע בקורמדק ב‑2021 בעוצמה 8.1 ואירועי עומק בעוצמה כ‑7 מתחת לצפון צ'ילה ולתעלת יפן קרעו הרבה מתחת לנקודת העצירה הרגילה, בתוך אזור המכונה פינת מנסרה של המעטפת. אזורים אלה ממוקמים במקום שבו הלוח היורד מכופף תחת המעטפת שמעליו, באזורי תת‑הידררות יחסית קרים שבהם סלעים מומרות לסוגי "blueschist" בטמפרטורות נמוכות. התדירות הגבוהה של רעידות עמוקות שם מצביעה על כך שתנאים מסוימים מאפשרים למקטעים בממשק הלוחות העמוק להתנהג בצורה פריכות מפתיעה, ידידותית לרעידות אדמה.

מבט מעמיק על משקע ימי שהשתנה

כדי לחקור התנהגות זו, המחברים בחנו סלע הנקרא metagreywacke — סוג נפוץ של משקע ימי שנכלא ונחמך עד שהפך ל־lawsonite blueschist. הם לקחו דוגמה מאי סנטה קטלינה בקליפורניה, שם תת‑הידררות עתיקה העלתה סלעים כאלה על פני השטח. ניתוח מיקרוסקופי הראה תערובת של קוורץ, פלדספר וחתיכות עשירות במינרלים כמו lawsonite, כלוריט ואמפיובול, בהתאמה לתנאים של כ‑330 °C ולעומקים של כ‑37 קילומטרים בסביבה של תת‑הידררות קרה. זה הופך את הדוגמה לייצוג מציאותי של חומר שנישא כיום במפלות קרות מודרניות כגון קורמדק ותעלת יפן.

כיצד הסלע נכשל תחת עומס

במעבדה, הצוות טחן את ה‑metagreywacke לאבקה עדינה, הניח אותה בין גושי סלע חזקים יותר וגרר אותה תחת טמפרטורה, לחץ ותנאי מים מבוקרים. על‑ידי שינוי פתאומי של מהירות החלקה ומעקב אחרי התפתחות ההתנגדות הם יכלו לדעת מתי החומר נוטה להחליק בצורה חלקה ובאילו מקרים הוא הופך ליציב פחות — מרכיב חיוני לרעידות אדמה. בטמפרטורות נמוכות החומר התחזק בעיקר כאשר הוחדר למהירות החלקה גבוהה יותר, סימן להתנהגות יציבה. כאשר הטמפרטורות עלו לתחום ה‑lawsonite blueschist תחת עומס נורמלי מתון, הוא עבר למשטר של "היחלשות לפי מהירות" (velocity‑weakening), שבו החלקה מהירה יותר מפחיתה את ההתנגדות ומעודדת החלקה בלתי נשלטת. בלחצים וטמפרטורות גבוהים יותר החומר החל לזרום באופן דוקטילי יותר, מה שהפחית את נטייתו להתפרק באופן פריך.

חיבור המעבדה לשברים אמיתיים

בהתבסס על מדידות אלה, המחברים בנו מודל חיכוך שתופס כיצד סלע משקעי זה מגיב על פני טווח רחב של עומקים, טמפרטורות ומהירויות החלקה. לאחר מכן יישמו את המודל על פרופילים מציאותיים של טמפרטורה ולחץ לאזור תת‑הידררות קורמדק ולתעלת יפן. החישובים מצביעים על כך שעל גבי ממשק הלוח שבו קיים metasediment עשיר ב־lawsonite, רצועת עומק רחבה נשארת במצב לא יציב של החלשת מהירות אפילו מתחת לגבול קרום‑מעטפת. סימולציות מספריות של מחזורי רעידות המשתמשות בהתנהגות סלע זו מייצרות קרעים עמוקים חוזרים עם גדלים ועומקים השווים לאירועים שנצפו ביפן ובקורמדק, מה שמעיד שסלעים כאלה אכן יכולים לארח רעידות אדמה מגה‑תרעתיות גדולות בפינת המנסרה של המעטפת.

מה משמעות הדבר עבור סיכון רעידות אדמה

ללא‑מומחים, המסר המרכזי הוא שמגבלת העומק של רעידות גדולות בתת‑הידררות איננה נקבעת רק על‑ידי טמפרטורה או כניסה למעטפת. היא תלויה גם בחוזקה בסוגי הסלעים שמרפדים את גבול הלוח ובאופן שבו סלעים אלה שונו במהלך התת‑הידררות. באזורים קרים שבהם metasediments עשירים ב‑lawsonite יוצרים שכבה רציפה לאורך הממשק, התנאים מעודדים החלקה פריכה ולא יציבה על טווח עומק גדול הרבה יותר משהניחו בעבר. משמעות הדבר היא שחלק מהתעלות עשויות להיות מסוגלות ליצור רעידות עמוקות וחזקות בצורה בלתי צפויה, ושלהבנת סוגי הסלעים הקבורים לאורך ממשקי הלוחות יש חשיבות קריטית להערכת סיכוני הסייסמיות בצורה מדויקת יותר.

ציטוט: Zhang, H., Barbot, S., Yang, Z. et al. Large megathrust earthquakes in cold mantle wedge corners under lawsonite blueschist facies. Nat Commun 17, 4007 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70315-4

מילות מפתח: תרדמת משנה (subduction megathrust), רעידות אדמה עמוקות, lawsonite blueschist, מנסרה של מעטפת (mantle wedge), חיכוך שבר