Учёные получили необычайно детальную картину того, как крупная тектоническая система под северо-западной частью Тихого океана начинает распадаться. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. Речь идёт о зоне субдукции, которая активно разламывается на части.
Зоны субдукции возникают там, где одна тектоническая плита уходит под другую и погружается вглубь Земли. Именно такие зоны порождают сильнейшие землетрясения, мощные извержения вулканов и долговременные изменения континентов и океанических впадин. До сих пор у учёных было мало возможностей ясно увидеть, как подобная огромная система подходит к концу своего существования.
«Запустить зону субдукции — всё равно что толкать поезд в гору: требуются колоссальные усилия, — пояснил Брэндон Шак, геолог из Университета штата Луизиана и главный автор работы. — Но когда он уже движется, это как поезд, несущийся под уклон, который невозможно остановить. Чтобы это прекратить, нужно нечто драматичное — по сути, крушение поезда».
К западу от острова Ванкувер плиты Хуан-де-Фука и Эксплорер медленно уходят под Североамериканскую плиту. Этот участок относится к зоне субдукции Каскадия — обширной тектонической границе, тянущейся вдоль тихоокеанского северо-запада. Исследователи объединили подробные записи землетрясений с сейсмической отражающей визуализацией, чтобы заглянуть глубоко под морское дно. Метод работает примерно как медицинское УЗИ: учёные посылают звуковые волны в землю и измеряют, как они отражаются от разных подземных структур. Данные получены в ходе эксперимента по сейсмической визуализации Каскадии (CASIE21), финансировавшегося NSF, когда исследователи с борта судна направляли звуковые волны в океанское дно, а 15-километровая коса с подводными приёмниками записывала возвращающиеся сигналы.
Анализ этих отражений позволил создать детальные изображения скрытых под дном структур. Картина оказалась поразительной: крупные разломы и трещины прорезают погружающуюся плиту, включая участки, где она, судя по всему, активно раскалывается. «Впервые у нас есть ясная картина зоны субдукции, застигнутой в момент отмирания, — сказал Шак. — Плита не отключается вся сразу, а разрывается на куски, образуя более мелкие микроплиты и новые границы. Так что вместо крупного крушения поезда это похоже на медленный сход состава с рельсов, вагон за вагоном». Исследователи выявили несколько разрывов, проходящих через океаническую плиту. Одна особенно яркая особенность связана с огромным смещением, где часть слэба опустилась примерно на пять километров. «Там есть очень крупный разлом, который активно разрывает плиту, — объяснил Шак. — Она ещё не оторвана на 100 процентов, но близка к этому».
Сейсмическая активность даёт ещё одну подсказку о происходящем. Вдоль разрыва протяжённостью около 75 километров одни участки продолжают генерировать землетрясения, а другие стали необычно тихими. Это различие важно, потому что землетрясения возникают, когда связанные блоки породы накапливают напряжение и внезапно проскальзывают. «Как только кусок полностью оторвался, он больше не производит землетрясений, потому что породы уже не сцеплены друг с другом», — отметил он. Отсутствие землетрясений на части разрыва указывает на то, что участок плиты уже отделился, и, по мнению исследователей, эта отсоединённая область постепенно расширяется. Вместо единого грандиозного события зона субдукции, судя по всему, прекращает работу через серию более мелких разрывов. Учёные описывают этот процесс как «эпизодическое» или «поэтапное» завершение: отдельные секции отрываются в разное время, постепенно разбирая крупную тектоническую систему.
Важную роль играют трансформные границы — разломы, где участки земной коры движутся бок о бок друг относительно друга. В этом случае они действуют почти как геологические ножницы, разрезая плиту и помогая изолировать отдельные фрагменты. Отделившись, кусок может образовать микроплиту — меньший фрагмент твёрдой внешней оболочки Земли, который движется относительно независимо от окружающих крупных плит. Тем временем соседние части большой плиты могут продолжать погружаться. По мере отсоединения новых кусков оставшаяся плита теряет часть силы, тянущей её вниз и поддерживающей субдукцию. Шак сравнивает это с отцеплением вагонов от неуправляемого поезда: в конце концов системы остаётся так мало, что продолжать прежним образом она не может. Разрыв каждой отдельной секции может занимать несколько миллионов лет, но вместе эти эпизоды способны в итоге положить конец целой зоне субдукции.
Открытие может помочь объяснить геологические загадки в других частях мира. Учёные находили заброшенные фрагменты плит и необычные последовательности вулканических пород, которые, по-видимому, фиксируют последние стадии древних систем субдукции. Показательный пример — район у побережья Баха-Калифорния, где геологи выявили ископаемые микроплиты, оставленные плитой Фараллон — огромной древней океанической плитой, некогда простиравшейся на значительной части восточной Пацифики. Эти фрагменты давно намекали, что плита Фараллон не исчезла в одно событие, и наблюдения в Каскадии теперь предлагают возможное объяснение того, как образуются такие остатки. Разрыв может также менять процессы глубже под поверхностью Земли: когда часть погружающейся плиты отделяется, может возникать «окно в слэбе» — отверстие, позволяющее более горячему материалу мантии подниматься к поверхности, что способно влиять на образование магмы и вулканическую активность.
Полученные данные ставят важный вопрос и для тихоокеанского северо-запада: могут ли эти новые разрывы повлиять на будущие землетрясения. Исследователи хотят понять, сможет ли крупное землетрясение продолжать разрыв через одну из этих брешей или повреждённые участки плиты изменят путь разрыва. Пока учёные подчёркивают, что открытие не меняет существенно сейсмическую опасность Каскадии в масштабе человеческой жизни: регион по-прежнему способен порождать чрезвычайно сильные землетрясения и цунами, а наблюдаемый под океаном распад разворачивается на протяжении миллионов лет, а не десятилетий или столетий. Тем не менее добавление этих новых структур в модели землетрясений со временем может улучшить понимание того, как будут вести себя будущие разрывы.