通过使地幔岩石样本在高压和高温下发生破裂，科学家们确定了橄榄石中的相变如何导致地幔过渡带的地震。
橄榄石是橄榄石的半宝石大结晶品种，是地幔的主要矿物
板块构造和地幔对流使地球物质保持恒定的张力。在地幔中，温度很高，矿物处于粘塑性状态，因此发生了地幔对流。机械应力导致岩石在地质时间尺度上缓慢而连续地变形。
与地幔相互作用的岩石圈也发生了变形，但低温使其中的岩石变脆，而不是塑性。它们积累机械应力，然后“断裂”——这就是地震发生的方式。它们中的大多数位于深度达 200 公里的地方。
一些地震也发生在更深的地方。许多深地震发生在地壳层中，地壳层在俯冲过程中沉入地幔，还没有时间加热到可塑性温度。但是最深的地震无法解释：越深，上覆岩石的压力越强，阻止裂缝的传播和沿它们的急剧变化。
左图：俯冲过程中地壳碎片俯冲到地幔中。显示了在 410 公里深度处橄榄石向尖晶石状结构的转变以及在 660 公里深度处的衰减。右图：震源深度以千米为单位的地震分布
日本爱媛大学的科学家以大户智弘（Tomohiro Ohuchi）为首的科学家通过实验发现了深地震的机制。为此，他们将地幔的主要矿物橄榄石样品置于与深地震带相对应的压力和温度下，并对它们施加额外的分裂力。在实验体积中发生了什么，研究人员使用 X 射线衍射、摄像和声学传感器进行了监测。科学家们在《自然通讯》杂志的开放获取中展示了结果。
深地震分布区位于地幔的过渡带——深度约为410至660公里的地层。在其中，橄榄石的通常结构失去了稳定性，并被更密集的高压改性所取代 - 深度达 525 公里的硅镁石和 525 至 610 公里的林伍德石。过渡压力约为 130 和 20 万大气压。更深的是，菱镁矿分解成钙钛矿和铁方镁石。
大多数情况下，深地震发生在 600 公里深度，而在 680 公里以下它们几乎消失，这表明它们与橄榄石相变有关。为了验证这一假设，科学家们在一系列相变重叠的条件下进行了实验：压力从 110 到 17 万个大气压，温度从 590 到 1080 摄氏度。
事实证明，在超过 13 万个大气压的压力下，橄榄石确实可能发生脆性变形，但它只发生在 830 到 890 摄氏度的狭窄温度范围内。橄榄石在这些温度下的断裂强度急剧下降，结果低于塑性变形阈值，在这些温度下，塑性变形阈值仍然很高，范围为 20 至 40,000 个大气压。
X 射线衍射表明，脆性断裂是由于从橄榄石到硅钙石的相变的开始而发生的。新相的新出现的岛屿作为应力集中区域，这“催化”了相邻区域的相变——橄榄石中形成了一种“抗裂”，由纳米晶橄榄石和钙镁石的混合物组成，密度更大比环境。
左：实验高压舱的一部分。活塞、钼胶囊和氧化镁密封件以黑色显示，分割线以红色显示。中间：带有分裂线（抗裂）的截面的显微照片，其中填充了橄榄石和硅钙石晶体的混合物并被橄榄石包围。右侧是在剪切区熔化过程中形成的铁颗粒夹杂物。
岩石部分开始沿着裂缝移动，伴随着强烈的声发射，即噼啪声。由于高压，摩擦力导致加热高达 2000-2200 摄氏度。这会导致瞬间熔化并用一层薄薄的熔体“润滑”裂纹。在 890 度以上，裂缝完全停止——分裂被塑性变形所取代，这解释了 680 公里以上地震数量急剧减少的原因。
此前，科学家将深部地震与俯冲过程中沉入地幔的其他矿物的相变联系起来，但所描述的实验证实橄榄石本身可能是地震的来源。裂纹的容易传播和沿其自由滑动导致其传播到整个样品，并在地幔中传播到整个机械应力区域。因此，在地幔过渡带大规模释放地震能量被证明是真正可能的。
