Под Тихоокеанским Северо-Западом ученые впервые получили подробное изображение зоны субдукции, которая постепенно распадается. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Речь идет о границе, где океанические плиты Хуан-де-Фука и Эксплорер погружаются под Североамериканскую плиту в районе зоны субдукции Каскадия.
Зоны субдукции возникают там, где одна тектоническая плита уходит под другую и опускается в глубины Земли. Такие процессы связаны с крупнейшими землетрясениями, мощными извержениями вулканов и долгосрочными изменениями материков и океанических бассейнов. Обычно подобные системы существуют миллионы лет, однако ученым до сих пор редко удавалось наблюдать, как они прекращают работу.
Для изучения глубин под морским дном исследователи объединили данные о землетрясениях и сейсмическую съемку. Наблюдения получили в рамках финансируемого Национальным научным фондом США эксперимента CASIE21, проведенного в 2021 году. Судно направляло звуковые волны в океаническое дно, а 15-километровый кабель с подводными приемниками фиксировал отраженные сигналы, что позволило построить изображения скрытых структур.
На снимках обнаружились крупные разломы, пересекающие погружающуюся плиту. Один из них протянулся примерно на 75 километров, а смещение отдельных участков достигает около пяти километров. «Существует очень крупный разлом, который активно раскалывает плиту. Она еще не отделилась полностью, но близка к этому», — сказал ведущий автор работы, геолог из Университета штата Луизиана Брэндон Шак.
Распределение землетрясений подтверждает постепенный характер разрушения. На одних участках разлома подземные толчки продолжаются, тогда как другие стали необычно спокойными. По словам Шака, после полного отделения фрагмент больше не вызывает землетрясений, поскольку соединенные прежде блоки пород перестают сцепляться. Это указывает на то, что часть плиты уже отделилась, а область разрыва продолжает расширяться.
Ученые считают, что зона субдукции Каскадия прекращает существование не одномоментно, а отдельными эпизодами. Боковые разломы, называемые трансформными границами, действуют как своеобразные геологические ножницы и отделяют фрагменты, превращая их в небольшие микроплиты. Каждый такой процесс может занимать несколько миллионов лет, а оставшаяся плита постепенно теряет силу, которая поддерживает ее погружение.
Наблюдения помогают объяснить происхождение древних фрагментов плит и последовательностей вулканических пород в других регионах. В частности, у побережья Нижней Калифорнии обнаружены микроплиты, оставшиеся от древней плиты Фараллон, которая когда-то занимала значительную часть восточной акватории Тихого океана. Распад Каскадии показывает, каким образом подобные остатки могли формироваться.
Отделение фрагментов способно влиять и на процессы в мантии. После разрыва погружающейся плиты образуется «окно плиты» — промежуток, через который горячее вещество мантии поднимается вверх и может менять образование магмы, вызывая периоды вулканической активности. При этом границы плит смещаются, а разные части зоны субдукции прекращают работу в разное время.
Исследователи также намерены выяснить, могут ли обнаруженные разрывы влиять на будущие землетрясения. Пока открытие не меняет существенно оценку сейсмической опасности Каскадии в человеческом масштабе времени: регион по-прежнему способен порождать очень сильные землетрясения и цунами, а наблюдаемый распад развивается на протяжении миллионов лет. Однако включение новых структур в модели может помочь точнее понять, как в будущем будут распространяться разрывы земной коры.