Struttura fine della lastra e meccanismo dei terremoti profondi sotto il Giappone centrale

Terremoti Dove le Rocce Non Dovrebbero Rompersi

La maggior parte dei terremoti colpisce vicino alla superficie terrestre, dove le rocce fredde e fragili possono spezzarsi. Eppure alcuni dei più violenti scosse del pianeta rimbombano a centinaia di chilometri di profondità, in regioni così calde e compresse che le rocce dovrebbero deformarsi invece di fratturarsi. Questo studio scruta in profondità sotto il Giappone centrale per mappare la struttura nascosta di una placca oceanica in affondamento e rileva come sottili variazioni minerali e tracce d’acqua possano scatenare questi misteriosi terremoti profondi.

Un Quartiere Affollato Profondo sotto il Giappone

Il Giappone centrale si trova a un crocevia geologico dove diverse placche tettoniche si scontrano e s’immergono l’una sotto l’altra. Una porzione vecchia e fredda del fondale pacifico sta sprofondando sotto il Giappone, formando un gigantesco cuneo di roccia che scende nel mantello terrestre. Poiché il Giappone è coperto da sismometri sensibili e dispone di decenni di registrazioni di alta qualità, questa regione è un laboratorio naturale ideale per studiare come e dove avvengono i terremoti profondi all’interno della lastra in subduzione.

Vedere All’interno di una Placca in Affondamento

Gli autori hanno analizzato 572 terremoti più profondi di 300 chilometri registrati da oltre cento stazioni sismiche. Utilizzando una tecnica d’imaging avanzata chiamata tomografia a doppia differenza, hanno tracciato la velocità di propagazione di diversi tipi di onde sismiche attraverso la lastra. Le variazioni nella velocità d’onda rivelano cambiamenti nelle proprietà delle rocce, proprio come le TAC mediche rivelano strutture all’interno del corpo umano. Le nuove immagini mostrano una marcata fascia a bassa velocità all’interno della lastra pacifica a profondità approssimative di 330–380 chilometri, incastonata tra regioni più veloci sopra e sotto. Questo schema a tre strati è molto più dettagliato di quanto potessero risolvere i modelli precedenti.

Una Lingua Nascosta di Trasformazione Ritardata

Per interpretare questi schemi, lo studio si concentra sull’olivina, un comune minerale verdastro che domina il mantello superiore terrestre. Sotto grandi pressioni, l’olivina dovrebbe trasformarsi in forme più dense. Ma nelle lastre molto fredde la trasformazione può essere ritardata, lasciando un nucleo di olivina “fuori equilibrio” noto come cuneo metastabile. I risultati della tomografia concordano con questa idea: lo strato intermedio a bassa velocità probabilmente segnala una zona a forma di lingua dove l’olivina è attivamente in trasformazione, mentre gli strati soprastanti e sottostanti ospitano forme mineralogiche più stabili. Sottili differenze tra le velocità d’onda suggeriscono che piccole quantità d’acqua sono presenti anche intorno a questa zona metastabile, persino a queste profondità estreme.

Acqua, Compressione e Rottura in Fuga

Il team ha anche esaminato come la lastra venga compressa e stirata analizzando numerosi meccanismi focali dei terremoti, che registrano come è avvenuto lo scorrimento in ogni evento. A profondità intermedie la lastra è per lo più in estensione, coerente con studi precedenti che collegano i terremoti in quella fascia alla degradazione di minerali ricchi d’acqua. Sotto circa 300 chilometri, tuttavia, lo stato di sforzo si inverte: la lastra è compressa lungo la sua lunghezza. In questo ambito più profondo, gli autori sostengono che minuscole tasche di olivina ai margini del cuneo metastabile collassino improvvisamente in minerali più densi sotto compressione, formando “anticrepe” che possono connettersi dando origine a faglie. I piccoli terremoti probabilmente iniziano attorno al bordo del cuneo, dove alcuni minerali contenenti acqua si disidratano e accelerano questa trasformazione. Man mano che queste rotture crescono, possono propagarsi verso l’interno più secco del cuneo e oltre, producendo terremoti a focalità profonda di maggiore entità.

Perché Questi Terremoti Profondi Contano

Lo studio conclude che i terremoti profondi sotto il Giappone centrale sono meglio spiegati da un processo combinato: trasformazioni mineralogiche in un cuneo di olivina freddo e metastabile, favorite dalla disidratazione a grande profondità e orientate dal modo in cui la lastra è sollecitata. Questo lavoro fornisce una delle immagini più nitide finora di quel cuneo nascosto e del suo stratif icarsi interno, collegando la fisica dei minerali, l’acqua nelle profondità terrestri e i modelli reali dei terremoti. Pur con possibili differenze nei dettagli in altre zone di subduzione, i risultati avvicinano gli scienziati a una spiegazione generale di come le rocce possano rompersi in luoghi dove, secondo le regole ordinarie, dovrebbero semplicemente piegarsi.

Citazione: 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

Parole chiave: terremoti a focalità profonda, zone di subduzione, fossa giapponese, cuneo metastabile di olivina, tomografia sismica