Исследователям впервые удалось зафиксировать в деталях процесс, при котором зона субдукции — область, где одна тектоническая плита погружается под другую, — постепенно приходит в упадок. Именно такие геологические структуры, как известно, порождают наиболее разрушительные явления на планете. Новые данные, обнародованные в журнале Science Advances, не только приоткрывают завесу над механизмами эволюции этих гигантских систем, но и ставят перед научным сообществом свежие вопросы, касающиеся сейсмической опасности для региона северо-запада Тихого океана.
Зоны субдукции играют ключевую роль в формировании облика Земли: они перемещают континентальные массы, провоцируют мощные землетрясения и вулканические извержения, а также увлекают древнюю кору вглубь мантии. Тем не менее, при всей своей колоссальной мощи, эти системы не являются вечными. Если бы процесс субдукции продолжался бесконечно, континенты бы неуклонно росли, океаны исчезли, а значительная часть геологической летописи нашей планеты была бы стерта. Ученые долгое время пытались понять, что же заставляет эти механизмы останавливаться.
Причины коллапса субдукционных зон
«Запустить зону субдукции — это все равно что попытаться сдвинуть поезд в гору: для этого требуется колоссальное усилие, — пояснил Брэндон Шак, доцент Университета штата Луизиана, выступающий ведущим автором исследования. — Но как только состав начинает движение, он несется под уклон, и остановить его практически невозможно. Чтобы положить этому конец, нужно нечто драматичное — по сути, крушение поезда». Шак проводил данную работу, будучи старшим научным сотрудником Земной обсерватории Ламонт-Доэрти, входящей в состав Колумбийской климатической школы.
Ответ, как выясняется, находится у побережья острова Ванкувер, в районе Каскадии. В этой местности плиты Хуан де Фука и Эксплорер медленно скользят под Северо-Американскую плиту. Применяя передовые методы визуализации и анализируя сейсмические данные, ученые обнаружили, что данная зона субдукции начала разрушаться. Команда использовала сейсмическую отражательную визуализацию, которая функционирует подобно ультразвуковому сканированию земных недр, в сочетании с детальными записями землетрясений. В совокупности эти инструменты показали плиту, которая не просто погружается, а активно разрывается на части.
Результаты были получены в рамках эксперимента Cascadia Seismic Imaging Experiment 2021 (CASIE21), проведенного на борту исследовательского судна Маркуса Г. Лангсета. Руководила проектом ученая из Ламонта Сюзанна Карботт, а соавтором выступила Ан. Эти наблюдения дают редчайшую возможность увидеть, как именно начинается «смерть» одной из самых мощных геологических сил на Земле, и заставляют пересмотреть модели сейсмической активности в регионе.ни Бесель отправила звуковые волны на морское дно и зафиксировала их эхо с помощью комплексов подводных датчиков длиной 15 километров.
Этот метод позволяет получить очень детальное изображение разломов и трещин глубоко под дном океана. На этих изображениях четко видны участки местности, напоминающие плиты.
«Впервые у нас есть четкое представление о субдукции, оказанной в момент умирания», — сказал он. — сказал Шак. «Вместо того, чтобы закрыться сразу, пластина разрывается на части, создают меньшие микроплиты и новые границы. Так что вместо большого разрушения поезда это происходит в темное время суток, как поезд медленно сходит с рельсов, по одному вагону за раз».
Карботт отметил, что ученым давно известно, что субдукция может замедлиться или остановиться, когда более легкие части плиты ограничения границ. «Но раньше у нас не было такой четкой картины процесса в действительности», — сказал он. она говорит. «Эти новые открытия помогают нам лучше понять жизненный цикл тектонических плит, формирующих Землю».
Массовые и скрытые пробелы
Исследователи обнаружили несколько крупных разрывов, прорезавших плиту Хуан де Фука, в том числе один крупный разлом, при котором плита опустилась примерно на пять километров. «Существует очень большой разлом, который активно разрушает [погружающуюся] плиту», — сказал он. — пояснил Шак. «Он еще не оторван на 100%, но уже близко».
Данные о землетрясениях подтверждают эту картину. В некоторых районах вдоль 75-километрового разрыва все еще продолжаются землетрясения, в то время как в других необычайно тихо. «Поскольку только одежда полностью откололась, он больше не вызывает землетрясений, потому что камни больше не слипаются», — сказал он. — сказал он. Эти тихие разрывы предполагают, что части плит уже отделились, и что разрыв постепенно расширяется.
Медленный, поэтический анализ
Исследование показывает, что зоны субдукции не разрушаются все сразу. Вместо этого они отключаются с помощью процесса, известного как «эпизодический» процесс. или «по частям»; продолжение. Пластина выясняется поэтапно, тем временем откалываются разные участки.
Когда меньшие части отделяются, большая пластина мировой силы, тянет ее вниз. В течение миллионов лет эта постепенная потеря импульса может остановить всю систему субдукции.
Ключи к разгадке геологического прошлого Земли
Это пошаговое разделение помогает объяснить загадочные особенности, наблюдаемые в других точках Земли. В некоторых регионах ученые обнаружили фрагменты древних тектонических плит и вулканической активности, которые не имели полного понимания.
Один из примеров находится на берегах Нижнего региона, где остатки древнейших плит Фараллона сохранились в виде ископаемых микроплит. В течение многих лет исследователи подозревали, что эти фрагменты пятна с умирающими зонами субдукции, но процесс физики был неясен. Новые наблюдения с Каскадии предполагают, что эти древние плиты, вероятно, распались таким же постепенным образом.
Что это означает для землетрясений в Каскадии
Сейчас ученые исследуют, как недавно обнаруженные разрывы могут указывать на будущие землетрясения. Один из ключевых вопросов заключается в том, что серьезный разрыв, проходящий через эти разломы или же трещины, может изменить способ распространения сейсмической энергии.
На данный момент полученные данные качества не меняют общий риск в отношениях Каскадия. В этом районе по-прежнему находятся очень сильные землетрясения и цунами. Однако включение этих новых деталей в модели улучшило понимание и моделирование сейсмических опасностей на северо-западе Тихого океана.
Проект CASIE21 передает Национальным методом фондом в рамках наград OCE 1827452 и OCE 2217465.