لیتوسفر اقیانوسی، که لایه بالایی شامل پوسته زمین و گوشته زیر اقیانوس ها را تشکیل می دهد، به دلیل رفتار عجیبش مدت هاست که دانشمندان را مجذوب خود کرده است. به نظر می‌رسد این لایه روی ناحیه ضعیف‌تری به نام استنوسفر می‌لغزد که با تضعیف لرزه‌ای بالا و سرعت موج برشی کم مشخص می‌شود. استنوسفر دارای خواص فیزیکی متفاوتی از جمله ویسکوزیته کمتر نسبت به لیتوسفر است که در نتیجه یک مرز تیز به نام مرز لیتوسفر-آستنوسفر (LAB) ایجاد می شود. دلایل دقیق این ویژگی‌های متمایز و اینکه چگونه لیتوسفر را قادر می‌سازد بر روی استنوسفر حرکت کند، به‌وضوح درک نشده است.
در حالی که ذوب جزئی که در نزدیکی پشته‌های میانی اقیانوس به دلیل دماهای بالا رخ می‌دهد می‌تواند چنین شرایط غیرعادی ایجاد کند، افت شدید و بزرگ در سرعت امواج لرزه‌ای مشاهده‌شده در LAB دور از پشته‌های میانی اقیانوس را در نظر نمی‌گیرد. درک منشأ این افت سرعت موج لرزه‌ای و تضعیف آن در LAB اقیانوسی برای رمزگشایی ویسکوزیته پایین استنوسفر و چگونگی تسهیل حرکت صفحات تکتونیکی بر روی سطح زمین و ایجاد فرآیندهای کوه‌سازی، زلزله و آتشفشان‌ها بسیار مهم است.
در همین راستا، تیمی از محققان ژاپنی به سرپرستی پروفسور تاکاشی یوشینو از مؤسسه مواد سیاره‌ای در دانشگاه اوکایاما، اخیراً تأثیر آب را بر خواص لرزه‌ای سنگ‌های الیوین بدون تیتانیوم، مشابه آنچه در استنوسفر مطالعه آنها در جلد 120، شماره 32 مجله Proceedings of the National Academy of Sciences در 31 ژوئیه 2023 منتشر شد.
پروفسور یوشینو توضیح می دهد: “ما به طور تجربی ویژگی های تضعیف امواج لرزه ای، پارامترهایی برای تعیین نرمی لیتوسفر و استنوسفر، تحت دما و فشار بالا را با استفاده از فناوری تولید نوسانات دوره کوتاه خود تعیین کردیم.”
این تیم خواص ضد الاستیک سنگ‌های الیوین را تحت شرایطی که شبیه LAB در زیر کف اقیانوس قدیمی بود مورد مطالعه قرار دادند – فشار 3 گیگا پاسکال و دمایی در محدوده 1223 تا 1373 کلوین. آزمایش با ایجاد ارتعاشات اجباری در طیف گسترده ای از فرکانس های لرزه ای – 0.5 تا 1000 ثانیه – از طریق فناوری منحصر به فرد نوسان دوره کوتاه آنها.
آزمایش‌ها نشان داد که آب تأثیر قابل‌توجهی دارد و باعث افزایش پراکندگی انرژی و کاهش مدول الاستیک سنگ‌ها در طیف وسیعی از فرکانس‌ها می‌شود. علاوه بر این، محققان یک اوج تضعیف لرزه ای را در فرکانس های بالاتر از 1 تا 5 ثانیه مشاهده کردند که با افزایش محتوای آب آشکارتر شد. پروفسور یوشینو می گوید: “وجود آب باعث تضعیف در فرکانس های بالاتر می شود و منجر به کاهش سرعت امواج لرزه ای می شود. وجود آب همچنین باعث تضعیف استنوسفر می شود که به لیتوسفر اجازه می دهد تا به آرامی روی آن حرکت کند.”
این مشاهدات نشان می دهد که استنوسفر اقیانوسی باید حاوی آب باشد. این تفاوت در محتوای آب بین دو لایه تشکیل دهنده LAB می تواند افت سرعت تیز و همچنین تضعیف تقریبا ثابت مشاهده شده در یک محدوده فرکانس وسیع در استنوسفر را توضیح دهد.
شایان ذکر است، محققان اذعان می‌کنند که نتیجه‌گیری آنها تأثیر ناچیزی آهن بر نقص‌های مربوط به هیدروژن در سنگ‌ها را فرض می‌کند، که نشان‌دهنده نیاز به تحقیقات بیشتر برای کشف خواص ضد الاستیک سنگ‌های الیوین حاوی آهن است.
پروفسور یوشینو پیامدهای دراز مدت یافته های خود را برجسته می کند. او می‌گوید: «حضور آب در استنوسفر می‌تواند بینش‌های مهمی در مورد فعالیت‌های آتشفشانی و لرزه‌ای ارائه کند، بنابراین پیش‌بینی و تشخیص آنها را تسهیل می‌کند».
به طور کلی، این مطالعه به درک ما از حرکت صفحات تکتونیکی کمک می کند و راه را برای درک بهتر فعالیت های زمین ساختی مختلف هموار می کند.