Вчені з незвичайними подробицями зафіксували, як велика тектонічна система під Тихоокеанським північним заходом починає руйнуватися.

Це відкриття є науковий прогресщо свідчить про те, що зона субдукції активно фрагментується. Зони субдукції утворюються там, де одна тектонічна плита занурюється під іншу, штовхаючи її глибше в Землю. Вони відповідальні за деякі з найбільших землетрусів на Землі, потужні виверження вулканів і довгострокові зміни в континентах і океанських басейнах.

Але досі вчені мали мало можливостей чітко спостерігати, як одна з цих гігантських систем досягає кінця свого життя.

Як зникають зони субдукції?

Субдукція є одним із основних процесів, які постійно змінюють форму поверхні Землі. Коли океанічна плита занурюється під іншу, матеріал із земної кори переноситься вниз до мантії, гарячого шару під земною корою.

Ці системи можуть залишатися активними протягом мільйонів років, але не можуть тривати нескінченно. В іншому випадку континенти згодом перекриються, океани зникнуть, а значна частина геологічної історії Землі буде стерта.

Це залишає геологам фундаментальні питання. Що спричиняє фактичне закриття зрілої зони субдукції?

«Почати формування зони субдукції — це все одно, що намагатися підштовхнути поїзд на гору; це вимагає багато зусиль», — сказав Брендон Шак, геолог з Університету штату Луїзіана та провідний автор дослідження. «Але як тільки він починає рухатися, це нагадує потяг, що мчить під укіс, і його неможливо зупинити. Щоб зупинити потяг, потрібно щось драматичне: аварія потяга».

Зараз вчені, можливо, спостерігають, як цей процес розгортається під Каскадією.

Структура плити розколюється під Каскадією

Біля узбережжя острова Ванкувер плити Хуан де Фука та Експлорер повільно просуваються під Північноамериканську плиту. Ця територія є частиною зони субдукції Каскадії, величезного тектонічного кордону, що тягнеться вздовж північно-західної частини Тихого океану.

Дослідники поєднали детальні сейсмічні записи з сейсмічними зображеннями відбиття, щоб досліджувати глибини дна океану. Ця технологія працює подібно до медичного ультразвуку. Вчені посилають звукові хвилі на Землю та вимірюють, як ці хвилі відбиваються від різних підземних споруд.

Сейсмічні вимірювання були проведені в рамках фінансованого NSF Cascadia Seismic Imaging Experiment 2021 (CASIE21), під час якого дослідники на борту корабля передавали звукові хвилі на дно океану. Стример довжиною 15 кілометрів із підводними прослуховуючими пристроями зафіксував зворотний сигнал.

Аналізуючи ці відлуння, вчені створили детальні зображення структур, прихованих під дном океану. Те, що вийшло, вражало. Великі розломи та тріщини, які прорізають пластину, що занурюється, включно з областями, де плита, здається, активно розривається.

“Це перший раз, коли ми маємо чітку картину вмираючої зони субдукції”, – сказав Шак. «Замість того, щоб усе відразу зупинилося, пластини розриваються потроху, утворюючи менші мікропластини та нові межі. Тож замість великої аварії поїзда це ніби спостерігати, як потяг повільно сходить з рейок вагон за вагоном».

Пробиває плиту зі швидкістю 75 км/год

Дослідники ідентифікували кілька рифтів, що протікають через океанічні плити. Однією особливо драматичною особливістю є величезне зміщення, де частина плити впала приблизно на 5 кілометрів.

«Є дуже великі розломи, які активно руйнують плити», – пояснив Шак. «Він ще не відклеєний на 100%, але він близький до цього».

Сейсмічна активність дає ще одну підказку про те, що відбувається.

Уздовж приблизно 75-кілометрового (75-кілометрового) розлому деякі частини продовжують відчувати землетруси, тоді як інші були надзвичайно тихими. Ця різниця важлива, оскільки землетруси відбуваються, коли з’єднані блоки породи створюють напругу та раптово починають ковзати.

«Після того, як шматки повністю розбиті, камені більше не злипаються, тому землетрусу немає», — каже він.

Тому відсутність землетрусів уздовж частини тріщини свідчить про те, що частина плити вже відокремилася. За словами дослідників, площа розшарування поступово розширюється.

Земна кора може розколотися шматок за шматком

Замість того, щоб вийти з ладу в одній гігантській події, зони субдукції, здається, зупиняються через серію невеликих колапсів.

Дослідники описують цей процес як «тимчасове» або «поштучне» припинення. Окремі секції розриваються в різний час, повільно розбираючи більшу структурну систему.

Межі трансформації відіграють важливу роль. Це розломи, де частини земної кори зміщуються вбік одна до одної. У цій ситуації вони діють як геологічні ножиці, розрізаючи пластини та допомагаючи відокремити окремі шматки.

Після того, як частини розділені, вони можуть формувати мікропластинки. Мікроплити — це по суті невеликі частини твердої зовнішньої оболонки Землі, які рухаються дещо незалежно від основних тектонічних плит, які їх оточують.

Тим часом сусідні частини більшої плити можуть продовжувати тонути.

У міру того, як відколюється все більше частин, пластина, що залишилася, втрачає частину свого гравітаційного тяжіння, спрямованого вниз, щоб продовжити субдукцію. Шак порівнює цей процес із зняттям автомобіля з поїзда-втікача. Зрештою, не залишиться достатньо систем, щоб продовжувати робити все тим же способом.

Розкладання окремих ділянок може тривати мільйони років. Але ці епізоди разом можуть зрештою означати кінець усієї зони субдукції.

Таємниця стародавніх тектонічних рухів починає набувати значення

Це відкриття може допомогти пояснити геологічні таємниці, знайдені в інших частинах світу.

Вчені виявили покинуті фрагменти плит і рідкісний набір вулканічних порід, які, здається, фіксують останні стадії стародавньої системи субдукції. До цього часу дослідники мали докази того, що ці системи зруйнувалися, але мали набагато менше прямої інформації про те, як розгортався процес.

Один важливий приклад знайдено біля узбережжя Нижньої Каліфорнії.

Там геологи ідентифікували скам’янілі мікроплити, залишені після плити Фараллон, гігантської стародавньої океанічної плити, яка колись охоплювала більшу частину східної частини Тихого океану.

Ці фрагменти давно свідчать про те, що плита Фараллон не просто зникла за одну подію. Спостереження Каскадії тепер дають можливе пояснення того, як утворюється таке сміття.

Замість того, щоб руйнуватися відразу, зона субдукції, що вмирає, може руйнуватися поступово, залишаючи невеликі фрагменти плити, розкидані як геологічні докази.

Розрив плити може спричинити вулканічні зміни

Цей розкол також може змінити те, що відбувається глибше під поверхнею Землі.

Коли частина плити осідання відокремлюється, може утворитися отвір, яке називається «вікном плити». Ця щілина дозволяє більш гарячому матеріалу з мантії підніматися до поверхні.

Цей висхідний матеріал може змінити виробництво магми та потенційно сприяти епізодам вулканічної активності.

Коли колапс триває, тектонічні межі можуть зміщуватися, можуть утворюватися додаткові мікроплити, а різні частини системи субдукції можуть закриватися в різний час.

«Епізод за епізодом, він поступово розпадається», — сказав Шак. «І це дуже узгоджується з тим, що ми бачимо в геологічних літописах, де вулканічні породи ростуть то молодші, то старішають послідовно, відображаючи це поступове розривання».

Зв’язки між сучасними спостереженнями та стародавніми породами дають дослідникам нові способи інтерпретації залишків давно зниклих меж плит.

Що це означає для землетрусу в Каскадії

Відкриття також піднімає важливі питання для тихоокеанського північного заходу. Чи можуть ці нещодавно виявлені тріщини вплинути на майбутні землетруси?

Тепер дослідники хочуть з’ясувати, чи може потужний землетрус продовжувати розриватися через одну з тріщин, чи пошкоджені ділянки плит можуть змінити шлях розриву.

Розрив – це швидке переміщення вздовж розлому, що викликає землетрус. Відстань, яку проходить розрив, і структури, які він зустрічає на своєму шляху, можуть мати значний вплив на силу та характер землетрусу.

На даний момент дослідники підкреслюють, що їхні висновки суттєво не змінюють ризик землетрусів Каскадії в людському часовому масштабі.

Ця територія все ще здатна викликати дуже сильні землетруси та цунамі. Фрагментація, яка спостерігається на дні океану, розгортається протягом мільйонів років, а не десятиліть чи століть.

Але додавання цих нещодавно виявлених структур до моделей землетрусів може зрештою покращити розуміння вченими того, як поводитимуться майбутні розриви.

Для геологів Cascadia пропонує щось ще більш незвичайне. Це шанс спостерігати, як одна з величезних тектонічних систем Землі повільно розпадається, одна частина за один раз.