Fijne plaatstructuur en mechanisme van diepe aardbevingen onder centraal Japan

Aardbevingen waar gesteente niet zou moeten breken

De meeste aardbevingen vinden plaats dicht bij het aardoppervlak, waar koud, bros gesteente kan breken. Toch rommelen enkele van de krachtigste schokken van de planeet honderden kilometers diep, in gebieden die zo heet en samengedrukt zijn dat gesteente eerder zou vloeien dan breken. Deze studie kijkt diep onder centraal Japan om de verborgen structuur van een zinkende oceaanskorst in kaart te brengen en onthult hoe subtiele veranderingen in mineralen en sporen van water deze mysterieuze diepe bevingen kunnen veroorzaken.

Een drukke buurt diep onder Japan

Centraal Japan ligt op een geologische kruising waar meerdere tektonische platen botsen en onder elkaar duiken. Een oud, koud deel van de Pacifische zeebodem duikt onder Japan, en vormt een gigantische plaat die in de mantel van de aarde zinkt. Omdat Japan is bedekt met gevoelige seismometers en beschikt over decennia aan hoogwaardige aardbevingsgegevens, is deze regio een ideaal natuurlijk laboratorium om te bestuderen hoe en waar diepe aardbevingen binnen de subducerende plaat optreden.

Inzien van een zinkende plaat

De auteurs analyseerden 572 aardbevingen die dieper dan 300 kilometer waren en werden geregistreerd door meer dan honderd seismische stations. Met een geavanceerde beeldvormingstechniek, double-difference tomografie genoemd, volgden ze hoe snel verschillende typen seismische golven door de plaat reizen. Variaties in golfsnelheid onthullen veranderingen in gesteenteeigenschappen, vergelijkbaar met hoe medische CT-scans structuren in het menselijk lichaam laten zien. De nieuwe beelden tonen een opvallende laag met lage snelheid in de Pacifische plaat op dieptes van ongeveer 330 tot 380 kilometer, gevangen tussen snellere regio’s boven en onder. Dit drie-laags patroon is veel fijner dan wat eerdere modellen konden oplossen.

Een verborgen tong van vertraagde transformatie

Om deze patronen te interpreteren richt de studie zich op olivijn, een veelvoorkomend groen mineraal dat de bovenmantel van de aarde domineert. Onder grote druk zou olivijn moeten overgaan in dichtere vormen. Maar in zeer koude platen kan die overgang vertraagd zijn, waardoor een kern van “niet-in-evenwicht” olivijn overblijft, bekend als een metastabiele wig. De tomografieresultaten komen overeen met dit idee: de middelste laag met lage snelheid markeert waarschijnlijk een tongvormige zone waar olivijn actief transformeert, terwijl de lagen erboven en eronder stabielere mineraalvormen herbergen. Subtiele verschillen tussen golfsnelheden suggereren ook dat kleine hoeveelheden water aanwezig zijn rond deze metastabiele zone, zelfs op deze extreme dieptes.

Water, samendrukking en wegrennende scheuring

Het team onderzocht ook hoe de plaat wordt samengedrukt en uitgerekt door vele focal mechanisms van aardbevingen te analyseren, die vastleggen hoe elk evenement is weggeschoven. Op middelmatige dieptes wordt de plaat grotendeels uitgerekt, wat overeenkomt met eerdere studies die aardbevingen daar koppelen aan de instorting van waterrijke mineralen. Onder ongeveer 300 kilometer draait de spanningsrichting echter om: de plaat wordt in de lengterichting samengedrukt. In dit diepere domein beweren de auteurs dat kleine pocketjes olivijn aan de rand van de metastabiele wig plotseling in dichttere mineralen instorten onder compressie, en zogenaamde “anticracks” vormen die zich kunnen verbinden tot breuken. Kleine aardbevingen beginnen waarschijnlijk rond de rand van de wig, waar sommige waterdragende mineralen dehydrateren en deze transformatie versnellen. Terwijl deze rupturen groeien, kunnen ze zich voortplanten naar het drogere binnenste van de wig en zelfs verder, wat grotere diep-aardbevingen produceert.

Waarom deze diepe bevingen ertoe doen

De studie concludeert dat diepe aardbevingen onder centraal Japan het beste verklaard worden door een gecombineerd proces: mineraaltransformaties in een koude, metastabiele olivijnwig, versterkt door dehydratatie op grote diepte en gestuurd door de spanningsstaat van de plaat. Dit werk levert een van de helderste beelden tot nu toe van die verborgen wig en zijn interne lagen, en verbindt mineraalfysica, water in de diepe aarde en waargenomen aardbevingspatronen. Hoewel de details in andere subductiezones kunnen verschillen, brengen de resultaten wetenschappers dichter bij een algemene verklaring voor hoe gesteente kan breken op plaatsen waar het volgens de gebruikelijke regels gewoon zou moeten buigen.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: diepe-aardbevingen, subductiezones, Japanse trog, metastabiele olivijnwig, seismische tomografie