Земля разрывается под Тихоокеанским Северо-Западом

Учёные получили необычно детальную картину того, как крупная тектоническая система под Тихоокеанским Северо-Западом начинает распадаться.

Открытие, о котором сообщается в Science Advances, показывает зону субдукции, активно разламывающуюся на части. Зоны субдукции образуются там, где одна тектоническая плита вынуждена погружаться под другую и уходить глубоко в Землю. Они ответственны за некоторые из крупнейших землетрясений планеты, мощные вулканические извержения и долгосрочные изменения континентов и океанических бассейнов.

До сих пор у учёных было мало возможностей ясно увидеть, как одна из этих огромных систем подходит к концу своей жизни.

Как умирает зона субдукции

Субдукция — один из главных процессов, постоянно перекраивающих поверхность Земли. Когда океаническая плита погружается под другую плиту, материал из коры уносится вниз к мантии — горячему слою под земной корой.

Такие системы могут оставаться активными миллионы лет, но не могут продолжаться бесконечно. Иначе континенты в конце концов столкнулись бы друг с другом, океаны исчезли бы, и большая часть геологической истории Земли была бы стёрта.

Это оставляет геологам фундаментальный вопрос: что на самом деле заставляет зрелую зону субдукции остановиться?

«Запустить зону субдукции — это как пытаться толкать поезд в гору: требуются огромные усилия, — сказал Брэндон Шак, геолог из Университета штата Луизиана и ведущий автор исследования. — Но как только он движется, это как поезд, несущийся под гору, невозможно остановить. Чтобы остановить его, нужно нечто драматическое — по сути, крушение поезда».

Учёные, возможно, теперь наблюдают этот процесс под Каскадией.

Плита разламывается под Каскадией

У берегов острова Ванкувер плиты Хуан-де-Фука и Эксплорер медленно погружаются под Северо-Американскую плиту. Эта область — часть Каскадной зоны субдукции, огромной тектонической границы, тянущейся вдоль Тихоокеанского Северо-Запада.

Исследователи объединили детальные записи землетрясений с сейсмической отражательной визуализацией, чтобы заглянуть глубоко под морское дно. Техника работает примерно как медицинское УЗИ. Учёные посылают звуковые волны в Землю и измеряют, как эти волны отражаются от разных подземных структур.

Сейсмические измерения были получены в ходе финансируемого Национальным научным фондом эксперимента по сейсмической визуализации Каскадии 2021 года, во время которого исследователи на борту судна посылали звуковые волны в океанское дно. 15-километровая коса с подводными слушающими приборами записывала возвращающиеся сигналы.

Анализируя эти эхо, учёные создали детальные изображения структур, скрытых под морским дном. То, что появилось, было поразительным: крупные разломы и трещины, прорезающие погружающуюся плиту, включая области, где плита, по-видимому, активно разламывается.

«Это первый раз, когда у нас есть чёткая картина зоны субдукции, пойманной в момент умирания, — сказал Шак. — Вместо того чтобы отключиться сразу, плита разрывается на части, создавая меньшие микроплиты и новые границы. Так что вместо большой железнодорожной катастрофы это как наблюдать, как поезд медленно сходит с рельсов, вагон за вагоном».

Разрыв в 75 километров

Исследователи выявили несколько разрывов, проходящих через океаническую плиту. Одна особенно драматичная особенность включает огромное смещение, где часть слэба опустилась примерно на пять километров.

«Есть очень крупный разлом, который активно разламывает плиту, — объяснил Шак. — Она ещё не оторвана на 100 процентов, но близка к этому».

Сейсмическая активность даёт ещё один ключ к тому, что происходит.

Вдоль разрыва протяжённостью около 75 километров некоторые участки продолжают производить землетрясения, в то время как другие стали необычно тихими. Эта разница важна, потому что землетрясения происходят, когда связанные блоки породы накапливают напряжение и внезапно проскальзывают.

«Как только кусок полностью оторвался, он больше не производит землетрясений, потому что породы больше не сцеплены вместе», — сказал он.

Отсутствие землетрясений вдоль части разрыва, таким образом, позволяет предположить, что участок плиты уже отделился. По словам исследователей, эта отделившаяся область постепенно расширяется.

Кора Земли может разламываться по кусочкам

Вместо того чтобы разрушиться в одном огромном событии, зона субдукции, по-видимому, отключается через серию меньших разломов.

Исследователи описывают процесс как «эпизодическое» или «поэтапное» завершение. Отдельные участки отрываются в разное время, медленно разбирая более крупную тектоническую систему.

Трансформные границы играют важную роль. Это разломы, где участки земной коры движутся боком друг относительно друга. В этой обстановке они могут действовать почти как геологические ножницы, разрезая плиту и помогая изолировать отдельные фрагменты.

Как только кусок отделяется, он может образовать микроплиту. Микроплита — это по сути меньший кусок твёрдой внешней оболочки Земли, который движется несколько независимо от крупных тектонических плит вокруг него.

Тем временем близлежащие части более крупной плиты могут продолжать погружаться.

По мере отсоединения всё большего числа кусков оставшаяся плита теряет часть нисходящего притяжения, которое поддерживает субдукцию. Шак сравнивает процесс с удалением вагонов из неуправляемого поезда. В конце концов, от системы остаётся недостаточно, чтобы продолжать таким же образом.

Разрушение каждого отдельного участка может занять несколько миллионов лет. Вместе, однако, эти эпизоды могут в конечном счёте положить конец целой зоне субдукции.

Древние тектонические загадки начинают обретать смысл

Открытие может помочь объяснить геологические головоломки, наблюдаемые в других частях мира.

Учёные находили заброшенные фрагменты плит и необычные последовательности вулканических пород, которые, по-видимому, фиксируют финальные стадии древних систем субдукции. До сих пор у исследователей были свидетельства того, что эти системы распались, но гораздо меньше прямой информации о том, как разворачивался процесс.

Один важный пример можно найти у берегов Баха-Калифорнии.

Там геологи идентифицировали ископаемые микроплиты, оставленные плитой Фараллон — огромной древней океанической плитой, которая когда-то простиралась через большую часть восточной Пацифики.

Эти фрагменты давно позволяли предположить, что плита Фараллон не просто исчезла в одном событии. Наблюдения Каскадии теперь предлагают возможное объяснение того, как образуются такие остатки.

Вместо того чтобы разрушиться сразу, умирающая зона субдукции может постепенно распутываться, оставляя меньшие фрагменты плит разбросанными как геологическое свидетельство.

Разрывающиеся плиты могут вызывать вулканические изменения

Разрушение также может менять то, что происходит глубже под поверхностью Земли.

Когда кусок погружающейся плиты отделяется, может образоваться отверстие, называемое «слэб-окном». Этот промежуток позволяет более горячему материалу из мантии подниматься к поверхности.

Этот поднимающийся материал может изменять производство магмы и потенциально способствовать эпизодам вулканической активности.

По мере продолжения разрушения тектонические границы могут смещаться, могут образовываться дополнительные микроплиты, и разные части системы субдукции могут отключаться в разное время.

«Это прогрессирующее разрушение, эпизод за эпизодом, — сказал Шак. — И это очень хорошо соответствует тому, что мы видим в геологической летописи, где вулканические породы становятся моложе или старше в последовательности, отражающей это поэтапное разрывание».

Эта связь между современными наблюдениями и древними породами даёт исследователям новый способ интерпретировать остатки давно исчезнувших границ плит.

Что это значит для землетрясений Каскадии

Находки также поднимают важный вопрос для Тихоокеанского Северо-Запада: могут ли эти недавно выявленные разрывы повлиять на будущие землетрясения?

Исследователи теперь хотят понять, может ли крупное землетрясение продолжать разрыв через один из разломов или повреждённые участки плиты могут изменить путь разрыва.

Разрыв — это быстрое движение вдоль разлома, производящее землетрясение. Расстояние, которое проходит разрыв, и структуры, которые он встречает по пути, могут сильно влиять на размер и поведение землетрясения.

Пока исследователи подчёркивают, что открытие значительно не меняет опасность землетрясений Каскадии в человеческом масштабе времени.

Регион всё ещё способен производить чрезвычайно крупные землетрясения и цунами. Разрушение, наблюдаемое под океаном, разворачивается миллионы лет, а не десятилетия или столетия.

Однако добавление этих недавно обнаруженных структур в модели землетрясений может в конечном счёте улучшить понимание учёными того, как могут вести себя будущие разрывы.

Для геологов Каскадия предлагает нечто даже более редкое: шанс наблюдать, как одна из великих тектонических систем Земли медленно разбирает себя, кусок за куском.

Источник:  https://earth-chronicles.ru/