Ученые впервые зафиксировали непосредственный распад зоны субдукции – места, где одна тектоническая плита погружается под другую. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances, предлагает беспрецедентный взгляд на то, как поверхность Земли меняется с течением времени, и добавляет новые данные о потенциальных будущих землетрясениях в Тихоокеанском Северо-Западе.
Субдукционные зоны — это одни из самых мощных и динамичных геологических явлений на Земле. Они ответственны за перемещение континентов по всему миру, вызывают масштабные землетрясения и извержения вулканов, а также способствуют переработке земной коры, погружая ее глубоко в мантию.
Однако эти зоны не являются постоянными. Если бы они существовали бесконечно, континенты непрерывно сталкивались бы и сливались, стирая океаны и значительную часть геологической истории планеты. В течение десятилетий ученые задавались вопросом, как эти колоссальные системы в конечном итоге завершают свое существование.
Брэндон Шак, геолог из Университета штата Луизиана и ведущий автор исследования, сравнивает запуск зоны субдукции с попыткой толкнуть поезд в гору – это требует огромных усилий. Но когда движение начинается, это похоже на поезд, несущийся под откос, который невозможно остановить. Завершение работы зоны требует чего-то драматического – по сути, катастрофы.
У побережья острова Ванкувер, в Каскадском регионе, ученые теперь наблюдают эту «катастрофу». Здесь плиты Хуан-де-Фука и Эксплорер медленно погружаются под Североамериканскую плиту, и новые данные показывают, что система буквально разрывается на части.
Исследователи применили метод сейсмической рефлексии – по сути, ультразвуковое исследование недр Земли – в сочетании с детальными записями землетрясений, чтобы проследить этот процесс. Данные были собраны в ходе Каскадского эксперимента по сейсмическому изображению (CASIE21) в 2021 году, финансируемого Национальным научным фондом. Во время экспедиции звуковые волны посылались с исследовательского судна на морское дно, а возвращающиеся эхо-сигналы улавливались 15-километровой линией подводных датчиков. Полученные изображения выявили глубокие разломы, по которым океаническая плита рвется на части.
«Это первый случай, когда мы получили четкое представление о зоне субдукции, застигнутой в процессе умирания», – заявил Шак. Он поясняет, что плита не прекращает свое существование в одночасье, а разрывается по частям, создавая меньшие микроплиты и новые границы. «Таким образом, вместо крупной катастрофы это похоже на медленное схождение поезда с рельсов, один вагон за другим», – добавляет он.
Команда обнаружила огромные разрывы в океанической плите, включая крупное смещение, где одна секция опустилась примерно на пять километров. «Существует очень крупный разлом, который активно разрывает плиту, – объясняет Шак. – Она еще не разорвана на 100%, но близка к этому».
Данные о землетрясениях подтвердили то, что показали изображения. Вдоль 75-километрового разрыва некоторые участки остаются сейсмически активными, в то время как другие затихли. «Как только кусок полностью отрывается, он перестает вызывать землетрясения, потому что породы больше не сцеплены друг с другом», – поясняет Шак. Отсутствие толчков в определенных областях указывает на то, что части плиты уже отделились, и разрыв постепенно расширяется со временем.
Исследование показало, что зоны субдукции не разрушаются в результате одного катастрофического разлома, а умирают поэтапно, в процессе, известном как «эпизодическое» или «постепенное» завершение. Вместо того чтобы вся плита разламывалась сразу, она рвется на более мелкие участки. Трансформные границы – разломы, где плиты скользят друг относительно друга – действуют как естественные «ножницы», разрезая плиту и изолируя фрагменты, которые образуют новые микроплиты, в то время как субдукция продолжается поблизости.
По мере того как крупная плита теряет части, она теряет и импульс. Подобно отцеплению вагонов от несущегося поезда, каждый разрыв уменьшает тянущую вниз силу, пока весь процесс субдукции не остановится. Хотя каждый эпизод занимает миллионы лет, эти постепенные стадии в совокупности знаменуют смерть зоны субдукции.
Этот медленный распад помогает объяснить загадочные особенности геологического прошлого Земли, такие как заброшенные фрагменты старых тектонических плит и вспышки вулканической активности в неожиданных местах. Ярким примером служит область у полуострова Баха-Калифорния, где ученым давно известны ископаемые микроплиты – остатки некогда огромной плиты Фараллон. Долгие годы исследователи предполагали, что эти фрагменты являются свидетельством умирающих зон субдукции, но точный механизм был неясен. Каскадский регион теперь предлагает прямой взгляд на то, как происходит этот процесс: через поэтапное разрывание, а не внезапный коллапс.
Разрушение плиты не просто останавливает движение – оно изменяет планету. По мере отделения каждого фрагмента могут открываться так называемые «окна слэба», через которые горячий мантийный материал поднимается к поверхности, вызывая вспышки вулканической активности. Со временем образуются новые микроплиты, старые дрейфуют, и границы снова смещаются. «Это прогрессирующий распад, один эпизод за другим, – отмечает Шак. – И это очень хорошо согласуется с тем, что мы видим в геологической летописи, где вулканические породы становятся моложе или старше в последовательности, отражающей это поэтапное разрывание».
Заглядывая в будущее, ученые исследуют, может ли крупное землетрясение произойти вдоль одного из этих новообразованных разрывов, или же трещины могут изменить то, как сейсмическая энергия распространяется по региону. Хотя это открытие улучшает модели поведения сложных систем разломов, оно существенно не меняет краткосрочные риски для Тихоокеанского Северо-Запада.
Каскадская зона по-прежнему способна генерировать очень сильные землетрясения и цунами. Понимание того, как эти недавно выявленные разрывы влияют на будущие разломы, поможет уточнить оценки опасностей и углубить наше понимание того, как в конечном итоге останавливаются самые мощные геологические двигатели Земли.
