Etterskjelv sparker hardt ned mot jordens dyp

Når kontinenter kolliderer, skjer det store endringer i jordskorpa. Mange av disse endringene er knyttet til jordskjelvaktivitet. Jordskjelv er vanlige, og mekanismene bak er godt forstått når det gjelder den øvre del av jordskorpa. Men det har vært en gåte hvordan jordskjelv kan oppstå ved de høye trykkforholdene som finnes i jordskorpas dypere lag.

– Under kontinentene er jordskorpa vanligvis bare rundt 40 kilometer tykk.  Tatt i betraktningat jordas radius er på rundt 6000 kilometer, blir jordskorpa omtrent som skallet på et eple, sier professor Bjørn Jamtveit ved Institutt for geofag.

Denne øverste delen av jordskorpa er kald og stiv, og det er her jordskjelv vanligvis oppstår. Jordskorpa sprekker opp, og det oppstår såkalte forkastninger - ved at bergartsmassene på hver side av sprekken beveger seg i forhold til hverandre.

Når denne bevegelsen er hurtig, oppstår jordskjelv. Dette kan medføre stor umiddelbar dramatikk på overflaten hvis det er stort og rammer tett bebodde områder.

Varm «brøddeig»

I jordskorpas dypere lag er temperaturen høyere, og man har tidligere tenkt at her er bergartene myke og føyelige, nærmest som en brøddeig, og derfor vil ikke jordskjelv kunne oppstå.

Forskning viser imidlertid at denne delen av jordskorpa er sterkere enn man tidligere har trodd. Dette fordi bergartene her som oftest er helt uten porer og ikke inneholder vann eller andre væsker som er nødvendige for å gjøre bergartene myke.

Dermed kan det oppstå jordskjelv. Men fordi trykket i de dypere delene av jordskorpa er høyere enn nærmere overflaten, krever det ekstremt store krefter for å utløse skjelv i dette området. Mekanismen bak jordskjelv i jordskorpas dypere lag har derfor lenge vært et mysterium.

Dype bergarter opp i dagen

Flere steder kan man se bergarter som en gang var en del av den dypere jordskorpa.

Blant annet kan man på Holsnøy utenfor Bergen studere en rundt én milliard år gammel granulitt som ble utsatt for jordskjelv under kollisjonen mellom kontinentene Baltika (Skandinavia) og Laurentia (Øst-Grønland) for rundt 430 millioner år siden.

Nye bergarter som eklogitt og amfibolitt ble omdannet ved reaksjoner med vann som strømmet inn gjennom sprekkene som oppsto ved jordskjelvene. Men lenge har man ikke forstått til fulle hvordan dette har skjedd – utover at det har med jordskjelv å gjøre.

UiO-forskere med Bjørn Jamtveit, Håkon Austrheim og François Renard i spissen har forsket på dette i lang tid – og lagt stein på stein i arbeidet.

– Det er krevende forskning. Man kan nemlig ikke bore så langt ned i jorda og undersøke disse prosessene mens de pågår, sier Jamtveit.

Modellering og databeregninger er derfor viktige verktøy i tillegg til studiene av de dype bergartene som har kommet til overflaten.

Brikken som utløste Nature-artikkel

– Vi har lenge visst at jordskjelv er viktige for prosessene som omdanner dyp jordskorpe, men vi manglet informasjon om hva som utløser slike dype skjelv, sier Jamtveit.

– Den siste og avgjørende brikken i puslespillet vårt fikk vi på plass i fjor høst da vi hadde professor Yehuda Ben-Zion fra University of Southern California på forskeropphold her i Oslo.

Ben-Zion hadde studert hvordan jordskjelv som oppstår i de grunnere lagene i jordskorpa, kan skape store krefter som kan forplante seg nedover og utløse etterskjelv også i de dype lagene i jordskorpa.

Funnet blir beskrevet i en fersk artikkel i hovedpublikasjonen til Nature, som ved siden av Science er det mest prestisjetunge vitenskapelige tidsskriftet i verden. Bare den mest grensesprengende forskningen når fram, kun rundt 3 prosent av alle artikler som sendes til Nature, blir trykket.

De geologiske prosessene som skjer i jordskorpens dypere lag som følge av etterskjelv går svært sakte sett i et menneskes tidsperspektiv. Men slike prosesser har trolig vært svært viktige da vårt kontinent kolliderte med Grønland og Nord-Amerika for over 400 millioner år siden.

Tibet «sluker» India

Et eksempel på en slik pågående prosess skjer i det asiatiske høylandet. Her utløses jordskjelv når det indiske kontinentet «dykker» under Tibet.

Kollisjonen skjer med en hastighet på omtrent 2 centimeter i året. Omtrent 100 mil av Indias jordskorpe er blitt slukt under Tibet i løpet av de siste 50-60 millioner år.

Den indiske platen omdannes sakte - etterhvert som den dyttes under Tibet. Disse omdannelsesprosessene er trolig knyttet til jordskjelvaktivitet i dypet. Dette er prosesser som ligner de som omdannet bergartene på Holsnøy.

– Mange vil huske det store jordskjelvet i Himalaya i 2015, som krevde flere tusen menneskeliv i Katmandu og områdene rundt. Dette jordskjelvet ble utløst i den øvre del av jordskorpa der den indiske platen sklir under Tibet, men ringvirkningene av skjelvet utløste også etterskjelv i den dypere jordskorpa. Vann som strømmet ned i jordskorpen gjennom sprekker knyttet til slike etterskjelv, kan være avgjørende for hvordan den indiske platen blir omdannet mot dypet.

....

Den vitenskapelige artikkelen i Nature: Earthquake-induced transformation of the lower crust