通過使地幔岩石樣本在高壓和高溫下發生破裂，科學家們確定了橄欖石中的相變如何導致地幔過渡帶的地震。
橄欖石是橄欖石的半寶石大結晶品種，是地幔的主要礦物
板塊構造和地幔對流使地球物質保持恆定的張力。在地幔中，溫度很高，礦物處於粘塑性狀態，因此發生了地幔對流。機械應力導致岩石在地質時間尺度上緩慢而連續地變形。
與地幔相互作用的岩石圈也發生了變形，但低溫使其中的岩石變脆，而不是塑性。它們積累機械應力，然後“斷裂”——這就是地震發生的方式。它們中的大多數位於深度達 200 公里的地方。
一些地震也發生在更深的地方。許多深地震發生在地殼層中，地殼層在俯衝過程中沉入地幔，還沒有時間加熱到可塑性溫度。但是最深的地震無法解釋：越深，上覆岩石的壓力越強，阻止裂縫的傳播和沿它們的急劇變化。
左圖：俯衝過程中地殼碎片俯衝到地幔中。顯示了在 410 公里深度處橄欖石向尖晶石狀結構的轉變以及在 660 公里深度處的衰減。右圖：震源深度以千米為單位的地震分布
日本愛媛大學的科學家以大戶智弘（Tomohiro Ohuchi）為首的科學家通過實驗發現了深地震的機制。為此，他們將地幔的主要礦物橄欖石樣品置於與深地震帶相對應的壓力和溫度下，並對它們施加額外的分裂力。在實驗體積中發生了什麼，研究人員使用 X 射線衍射、攝像和聲學傳感器進行了監測。科學家們在《自然通訊》雜誌的開放獲取中展示了結果。
深地震分布區位於地幔的過渡帶——深度約為410至660公里的地層。在其中，橄欖石的通常結構失去了穩定性，並被更密集的高壓改性所取代 - 深度達 525 公里的硅鎂石和 525 至 610 公里的林伍德石。過渡壓力約為 130 和 20 萬大氣壓。更深的是，菱鎂礦分解成鈣鈦礦和鐵方鎂石。
大多數情況下，深地震發生在 600 公里深度，而在 680 公里以下它們幾乎消失，這表明它們與橄欖石相變有關。為了驗證這一假設，科學家們在一系列相變重疊的條件下進行了實驗：壓力從 110 到 17 萬個大氣壓，溫度從 590 到 1080 攝氏度。
事實證明，在超過 13 萬個大氣壓的壓力下，橄欖石確實可能發生脆性變形，但它只發生在 830 到 890 攝氏度的狹窄溫度範圍內。橄欖石在這些溫度下的斷裂強度急劇下降，結果低於塑性變形閾值，在這些溫度下，塑性變形閾值仍然很高，範圍為 20 至 40,000 個大氣壓。
X 射線衍射表明，脆性斷裂是由於從橄欖石到硅鈣石的相變的開始而發生的。新相的新出現的島嶼作為應力集中區域，這“催化”了相鄰區域的相變——橄欖石中形成了一種“抗裂”，由納米晶橄欖石和鈣鎂石的混合物組成，密度更大比環境。
左：實驗高壓艙的一部分。活塞、鉬膠囊和氧化鎂密封件以黑色顯示，分割線以紅色顯示。中間：帶有分裂線（抗裂）的截面的顯微照片，其中填充了橄欖石和硅鈣石晶體的混合物並被橄欖石包圍。右側是在剪切區熔化過程中形成的鐵顆粒夾雜物。
岩石部分開始沿着裂縫移動，伴隨着強烈的聲發射，即噼啪聲。由於高壓，摩擦力導致加熱高達 2000-2200 攝氏度。這會導致瞬間熔化並用一層薄薄的熔體“潤滑”裂紋。在 890 度以上，裂縫完全停止——分裂被塑性變形所取代，這解釋了 680 公里以上地震數量急劇減少的原因。
此前，科學家將深部地震與俯衝過程中沉入地幔的其他礦物的相變聯繫起來，但所描述的實驗證實橄欖石本身可能是地震的來源。裂紋的容易傳播和沿其自由滑動導致其傳播到整個樣品，並在地幔中傳播到整個機械應力區域。因此，在地幔過渡帶大規模釋放地震能量被證明是真正可能的。
