מבנה גוש דק ומנגנון רעידות אדמה עמוקות מתחת ליפן המרכזית

רעידות אדמה במקום שבו הסלעים לא אמורים להישבר

רוב רעידות האדמה מתרחשות בקרבת פני השטח, שם סלע קר ופריך עלול להישבר. עם זאת, כמה מהמכות החזקות של הכוכב רועדות במאות קילומטרים לעומק, באזורים חמים וממושכים כל כך שבאופן עקרוני הסלעים אמורים לזרום במקום להיסדק. המחקר הזה מביט לעומק מתחת ליפן המרכזית כדי למפות את המבנה הנסוג של לוח אוקיאני טובע וחושף כיצד שינויים עדינים במינרלים ונוכחות קורטית של מים עשויים להצית את רעידות האדמה העמוקות האלה.

שכונה תוססת לעומק מתחת ליפן

יפן המרכזית נמצאת בצומת גיאולוגי שבו מספר לוחות טקטוניים מתנגשים וטובעים זה מתחת לזה. חלק ישן וקר של קרקעית האוקיאנוס הפסיפי שוקע מתחת ליפן ויוצר גוש סלע ענקי שנכנס לשכבת המעטפת של כדור הארץ. מכיוון שעל פני יפן פרוסות רשתות סייסמומטרים רגישים וקיימים עשורים של רישומי רעידות איכותיים, אזור זה מהווה מעבדה טבעית אידיאלית לחקר היכן וכיצד מתרחשות רעידות אדמה עמוקות בתוך הלוח הטובע.

לראות בתוך לוח שוקע

המחברים ניתחו 572 רעידות אדמה בעומק העולה על 300 קילומטרים שהוקלטו ביותר ממאה תחנות סייסמיות. באמצעות טכניקת דימות מתקדמת הנקראת טומוגרפיית הבדל-כפול, הם עקבו אחרי מהירות המעבר של סוגים שונים של גלי-רעידה דרך הלוח. שינויים במהירויות הגלים חושפים הבדלים בתכונות הסלע, בדומה לאופן שבו סריקות CT רפואיות מגלות מבנים בתוך גוף האדם. התמונות החדשות מראות חגורה כהה במהירויות בתוך לוח הפסיפיק בעומקים של סדר גודל 330–380 קילומטרים, בין אזורים מהירים יותר מעל ומתחת. התבנית התלת-שכבתית הזו עדינה בהרבה ממה שמודלים קודמים יכלו להבחין בה.

לשון חבויה של המרה מעוכבת

כדי לפרש את התבניות הללו, המחקר מתמקד באוליבין, מינרל ירקרק נפוץ השולט במעטפת העליונה של כדור הארץ. תחת לחץ גבוה אוליבין אמור לעבור להפט על צורות צפופות יותר. אך בלוחות קרים מאוד העתקה זו יכולה להתעכב, כך שנשאר ליבה של אוליבין ב״לא שיווי משקל״ המכונה סדק מטא-יציב. תוצאות הטומוגרפיה תואמות רעיון זה: השכבה האמצעית בעלת המהירות הנמוכה מסמנת כנראה אזור בצורת לשון שבו אוליבין משנה את צורתו בצורה פעילה, בעוד השכבות שמעל ומתחת מכילות צורות מינרליות יציבות יותר. הבדלים עדינים במהירויות הגלים מרמזים גם על נוכחות כמויות קטנות של מים סביב אזור המטא-יציב, אפילו בעומקים קיצוניים אלה.

מים, לחיצה והתפרקות רצחית

הקבוצה בחנה גם כיצד הלוח נלחץ ומותח באמצעות ניתוח מנגנוני מוקד של רעידות רבות, המתעדים כיצד כל אירוע החליק. בעומקים בינוניים הלוח בעיקר נמתח, תואם למחקרים קודמים שמקשרים רעידות שם להתפרקות של מינרלים עשירים במים. מתחת לכ־300 קילומטרים, עם זאת, המתח מתהפך: הלוח נלחץ לאורך צירו. באיזור העמוק הזה טוענים המחברים כי כיסים זעירים של אוליבין בקצה הסדק המטא-יציב קורסים פתאום לצורות צפופות יותר תחת דחיסה, ויוצרים "אנטי-סדקים" שיכולים להתחבר וליצור שברים. רעידות קטנות נוטות להתחיל סביב שפת הסדק, שם חלק מהמינרלים הנושאים מים מתייבשים ומזרזים את ההמרה הזו. ככל שהשברים גדלים, הם יכולים להתפשט אל פנים הסדק היבש יותר ואף מעבר לו, ולייצר רעידות אדמה במוקדי עומק גדולים יותר.

מדוע רעידות עומק אלה חשובות

המחקר מסיק שרעידות האדמה העמוקות מתחת ליפן המרכזית מוסברות בצורה הטובה ביותר על ידי תהליך משולב: המרות מינרליות בסדק אוליבין קר ומטא-יציב, המוגברות על ידי התייבשות במעמקים גדולים ומונחות על ידי אופן העמסת המתח על הלוח. עבודה זו מספקת אחת התצפיות הברורות ביותר עד כה של אותו סדק נסתר והשיוכיות הפנימיות שלו, וקושרת יחד פיזיקה של מינרלים, מים בעומק כדור הארץ ודפוסי רעידות ממשיים. למרות שהפרטים עשויים להשתנות באזורים אחרים של שקיעה, התוצאות מקרבות את המדענים להסבר כללי לאיך סלעים מצליחים להישבר במקומות שבהם, לפי החוקים הרגילים, הם פשוט היו מתכופפים.

ציטוט: Zhang, X., Jiang, G., Zhao, D. et al. Fine slab structure and mechanism of deep earthquakes beneath central Japan. Commun Earth Environ 7, 256 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03280-x

מילות מפתח: רעידות אדמה בעומק רב, אזורי שקיעה (subduction), חריפת יפן, סדק אוליבין מטא-יציב, טומוגרפיית סיסמית