Земля розпадається на частини під північно-західною частиною Тихого океану

Про знахідку повідомляє в Досягнення наукивказує на зону субдукції, яка активно дробиться. Зони субдукції утворюються там, де одна тектонічна плита продавлюється під іншу та проштовхується вглиб Землі. Вони відповідальні за деякі з найбільших землетрусів на планеті, потужні виверження вулканів і довгострокові зміни в континентах і океанських басейнах.

Але досі вчені мали небагато можливостей чітко побачити, як одна з цих масивних систем досягає кінця свого життя.

Як гине зона субдукції

Субдукція – один з основних процесів, який постійно змінює поверхню Землі. Коли океанічна плита занурюється під іншу, матеріал переноситься з кори вниз у мантію, теплий шар під земною корою.

Ці системи можуть бути активними протягом мільйонів років, але вони не можуть тривати нескінченно. В іншому випадку континенти врешті-решт зіткнуться, океани зникнуть, а значна частина геологічної історії Землі буде стерта.

Це залишає геологів перед фундаментальним питанням: що насправді спричиняє зупинку зрілої зони субдукції?

«Почати зону субдукції — це все одно, що намагатися підштовхнути поїзд — для цього потрібно багато зусиль», — сказав Брендон Шак, геолог з Університету штату Луїзіана та провідний автор дослідження. «Але як тільки вона рушає, це нагадує потяг, який їде під укіс і його неможливо зупинити. Щоб закінчити, знадобиться щось вражаюче — по суті, аварія потяга».

Зараз вчені можуть спостерігати за цим процесом під Каскадією.

Тектонічна плита, що розривається під Каскадією

Біля острова Ванкувер плити Хуан де Фука та Експлорер повільно підсуваються під Північноамериканську плиту. Ця територія є частиною зони субдукції Каскадії, широкого тектонічного кордону, що простягається через північний захід Тихого океану.

Дослідники поєднали детальні записи землетрусів із сейсмічним відбитим зображенням, щоб зазирнути глибоко під морське дно. Техніка працює як медичне ультразвукове дослідження. Вчені посилають звукові хвилі на Землю та вимірюють, як хвилі відбиваються від різних підземних споруд.

Сейсмічні вимірювання були проведені в рамках Cascadia Seismic Imaging Experiment 2021 (CASIE21), що фінансується NSF, під час якого дослідники на кораблі посилали звукові хвилі на дно океану. 15-кілометровий потік із підводними прослуховуючими пристроями зафіксував отримані сигнали.

Аналізуючи ці відлуння, вчені створили детальні зображення структур, прихованих під морським дном. Те, що було знайдено, було несподіваним: великі розломи та тріщини, які прорізають субдукційну плиту, включаючи ділянки, де, здається, плита активно розривається.

«Це перший раз, коли ми отримали чітку картину зони субдукції в стані смерті», — сказав Шак. «Замість того, щоб згаснути відразу, пластина розпадається шматок за шматком, утворюючи менші мікропластини та нові межі. Тож замість великої аварії поїзда це ніби спостерігати, як поїзд повільно сходить з рейок, вагон за вагоном».

На відстані 75 кілометрів прорізали плиту

Дослідники виявили, що через океанічну плиту протікає кілька сліз. Однією особливо драматичною особливістю є велике зміщення, де частина плити була занурена приблизно на п’ять кілометрів.

“Є дуже великий розлом, який активно ламає пластину”, – сказав Шак. «Ще не зламано на 100%, але близько».

Активність землетрусів дає ще одну підказку про події.

Уздовж розриву, який має довжину близько 75 кілометрів, деякі частини продовжують тремтіти, а інші залишаються надзвичайно тихими. Ця різниця важлива, оскільки землетруси відбуваються, коли з’єднані блоки породи створюють тиск і раптово зсуваються.

«Після того, як шматок повністю відірвано, він більше не викликає землетрусів, оскільки камені більше не злипаються», — сказав він.

Тому відсутність землетрусів разом із частиною розриву свідчить про те, що частина плити вже відокремилася. За словами дослідників, ця ізольована зона поступово розширюється.

Земну кору можна розірвати

Замість того, щоб вийти з ладу в одній масштабній події, зона субдукції, здається, закрита низкою менших розломів.

Дослідники називають цей процес «епізодичним» або «поетапним». Окремі частини розриваються в різний час і повільно руйнують велику тектонічну систему.

Важливу роль відіграють змінні межі. Це розломи, де частини земної кори рухаються одна повз одну. У цих умовах вони можуть діяти майже як геологічні ножиці, розрізаючи плиту та допомагаючи відокремити окремі частини.

Коли шматок відокремлюється, він може утворити мікропластинку. Мікроплита — це, по суті, менший шматок твердої зовнішньої кори Землі, який рухається дещо незалежно від основних тектонічних плит навколо нього.

Тим часом сусідні частини більшої плити можуть продовжувати тонути.

Коли більше частин відокремлюється, пластина, що залишилася, втрачає частину тяги вниз, що продовжує субдукцію. Шак порівнює цей процес із зняттям вагонів із поїзда біженців. Зрештою, система недостатньо хороша, щоб продовжувати так само.

Окуплення кожної окремої частини може зайняти кілька мільйонів років. Однак у поєднанні ці епізоди можуть зрештою припинити зону субдукції.

Стародавні тектонічні таємниці починають набувати сенсу

Це відкриття може допомогти пояснити геологічні загадки, які можна побачити в інших частинах світу.

Вчені знайшли фрагменти викинутих плит і незвичайні послідовності вулканічних порід, які, здається, фіксують останні етапи стародавніх систем субдукції. До цього часу дослідники мали докази того, що ці системи були розділені, але не мали прямої інформації про те, як відбувався процес.

Важливий приклад можна знайти на узбережжі Нижньої Каліфорнії.

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

Ці фрагменти вже давно свідчать про те, що табличка Фараллон не зникла просто в одному випадку. Спостереження Cascadia тепер пропонують можливе пояснення того, як утворилися ці залишки.

Замість того, щоб руйнуватися відразу, мертва зона субдукції може повільно відкриватися, залишаючи менші частини плити розкиданими як геологічні докази.

Розрив плит може спричинити вулканічні зміни

Розрив також може змінити те, що відбувається під поверхнею.

Коли шматок тонучої плити відділяється, може з’явитися отвір, яке називається «вікно плити». Ця щілина дозволяє більш теплому матеріалу підніматися з мантії на поверхню.

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

У міру продовження розділення тектонічні межі можуть зміщуватися, можуть утворюватися додаткові мікроплити, а різні частини системи субдукції можуть закриватися в різний час.

“Це поступовий зрив, один епізод за раз”, – сказав Шак. «І це дійсно узгоджується з тим, що ми бачимо в геологічних літописах, де вулканічні породи стають молодшими або старшими разом із послідовністю, відображаючи це поступове розламування».

Цей зв’язок між сучасними спостереженнями та стародавніми скам’янілостями дає дослідникам новий спосіб інтерпретувати залишки далеких меж плит.

Що це означає для землетрусу в Каскадії

Отримані дані також піднімають важливе питання для тихоокеанського північно-західного регіону: чи можуть ці нещодавно виявлені розриви вплинути на майбутні землетруси?

Тепер дослідники хочуть з’ясувати, чи може потужний землетрус тривати вздовж одного з розломів, чи пошкоджені частини плити можуть змінити шлях розлому.

Розлом – це швидкий рух уздовж розлому, який викликає землетрус. Відстань до розриву та структури, які зустрічаються на цьому шляху, можуть вплинути на силу та характер землетрусу.

Тепер дослідники наголошують, що це відкриття суттєво не змінює ризик землетрусу в Каскадії в людському масштабі.

Регіон все ще здатний викликати надзвичайно сильні землетруси та цунамі. Розломи на дні океану відбуваються не протягом десятиліть чи століть, а протягом мільйонів років.

Однак додавання цих нещодавно виявлених структур до моделей землетрусів може зрештою покращити розуміння вченими того, як можуть поводитися майбутні розломи.

Каскадія пропонує геологам дещо ще більш унікальне: можливість побачити, як одна з великих тектонічних систем Землі повільно розбирається одна за одною.