Тонкая структура плиты и механизм глубоких землетрясений под центральной Японией

Землетрясения там, где горные породы не должны ломаться

Большинство землетрясений происходит близко к поверхности Земли, где холодные и хрупкие породы могут внезапно разломиться. Тем не менее некоторые из самых мощных толчков происходят на глубинах в сотни километров, в условиях такой высокой температуры и давления, что породы должны течь, а не разрушаться. В этом исследовании заглядывают глубоко под центральную Японию, чтобы картировать скрытую структуру погружающейся океанической плиты, и выясняют, как тонкие изменения в минералах и следы воды могут запускать эти загадочные глубокие землетрясения.

Оживлённый район глубоко под Японией

Центральная Япония расположена в геологическом узле, где несколько тектонических плит сталкиваются и погружаются друг под друга. Старая холодная часть океанического дна Тихого океана погружается под Японию, формируя гигантскую плиту, опускающуюся в мантии Земли. Поскольку Япония покрыта чувствительными сейсмометрами и располагает многолетними высококачественными записями землетрясений, этот район представляет собой идеальную природную лабораторию для изучения того, как и где в погружающейся плите возникают глубокие землетрясения.

Взгляд внутрь погружающейся плиты

Авторы проанализировали 572 землетрясения глубже 300 километров, зарегистрированные более чем сотней сейсмических станций. С помощью продвинутой методики визуализации, называемой томографией с двойной разницей, они проследили, как быстро различные типы сейсмических волн проходят через плиту. Изменения скорости волн выявляют изменения свойств пород, так же как КТ-сканирование показывает внутренние структуры человеческого тела. Новые изображения показывают заметный пояс пониженной скорости внутри Тихоокеанской плиты на глубинах примерно 330–380 километров, зажатый между более быстрыми областями сверху и снизу. Эта трёхслойная картина намного более детальна, чем могли разрешить предыдущие модели.

Скрытый язык отсроченного превращения

Для интерпретации этих закономерностей исследование сосредотачивается на оливине — распространённом зелёном минерале, доминирующем в верхней мантии Земли. При большом давлении оливин должен переходить в более плотные модификации. Но в очень холодных плитах это превращение может задерживаться, оставляя ядро «вне равновесия» оливина, известное как метастабильный клин. Результаты томографии соответствуют этой идее: средний слой пониженной скорости, вероятно, отмечает языкообразную зону, где оливин активно переходит в другие фазы, в то время как слои выше и ниже содержат более стабильные минеральные формы. Тонкие различия в скоростях волн также указывают на присутствие небольших количеств воды вокруг этой метастабильной зоны, даже на таких экстремальных глубинах.

Вода, сжатие и лавинное раскрытие разломов

Команда также изучила, как плита сжимается и растягивается, анализируя множество механизмов очагов землетрясений, которые фиксируют характер сдвига при каждом событии. На средних глубинах плита в основном испытывает растяжение, что согласуется с предыдущими работами, связывающими землетрясения там с разложением водосодержащих минералов. Однако ниже примерно 300 километров напряжение меняет знак: плита сжимается вдоль своей длины. В этой глубокой зоне авторы утверждают, что крошечные участки оливина по краю метастабильного клина внезапно коллапсируют в более плотные минералы при сжатии, образуя «анти-расколы», которые могут объединяться в разломы. Небольшие землетрясения, вероятно, начинаются по краю клина, где некоторые водосодержащие минералы дегидратируются и ускоряют это превращение. По мере роста этих разрывов они могут распространяться в более сухую внутреннюю часть клина и даже дальше, порождая более крупные глубокофокусные землетрясения.

Почему эти глубокие землетрясения важны

Авторы делают вывод, что глубокие землетрясения под центральной Японией наилучшим образом объясняются комбинированным процессом: минеральными превращениями в холодном метастабильном клине оливина, усиленными дегидратацией на большой глубине и направляемыми полем напряжений в плите. Эта работа даёт одно из самых чётких изображений скрытого клина и его внутренней слоистости, связывая минералогию, наличие воды в глубинах Земли и реальные шаблоны землетрясений. Хотя детали могут отличаться в других зонах субдукции, результаты приближают учёных к общей объясняющей картине того, как породы разрушаются в местах, где по обычным правилам они должны просто изгибаться.

Цитирование: 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

Ключевые слова: глубокофокусные землетрясения, зоны субдукции, траншея Японии, метастабильный клин оливина, сейсмическая томография