Глубоко под волнами: как структура плиты влияет на землетрясения в Каскадии

Тихоокеанский Северо-Запад США, где встречаются Тихоокеанская и Североамериканская плиты, может похвастаться потрясающими пейзажами и богатой историей. Но под этой красотой скрывается мощный источник опасности — зона субдукции Каскадии, где одна плита погружается под другую, создавая угрозу разрушительных землетрясений.

Недавно ученые совершили невероятное путешествие в недра Земли, чтобы разгадать тайну этих землетрясений. Используя глубокую сейсмическую визуализацию, они провели детальное исследование структуры погружающейся плиты Хуан-де-Фука, которая лежит в основе зоны субдукции Каскадии.

Результаты исследования поразительны: геометрия погружающейся плиты оказывается не однородной, а разделенной на отдельные домены. Каждый из этих доменов характеризуется уникальным углом погружения, глубиной залегания и степенью деформации. Более того, эти домены удивительно точно совпадают с изменениями в структуре верхней плиты, наследованной от сложной геологической истории региона.

Ученые выделили два типа структурных изменений:

• Статические ограничения: Состоят из более древних и прочных литологических блоков, как, например, террейн Силетц-Крессент. Эти блоки «упираются» в погружающуюся плиту, заставляя ее изгибаться и деформироваться.

• Динамические ограничения: Связаны с переходами между различными типами осадочных пород. Зона перехода от молодых, рыхлых отложений внешнего клина к более старым, литифицированным отложениям внутреннего клина — это яркий пример динамического ограничения.

Исследователи также обнаружили, что разломы сдвигового типа, пересекающие как верхнюю, так и нижнюю плиты, играют ключевую роль в сегментации разрывов. Эти разломы образуются в результате косого погружения плиты Хуан-де-Фука, что приводит к фрагментации ее структуры.

Ученые установили прямую связь между образованием разломов сдвигового типа и особенностями структуры верхней плиты. Например, разлом Северный Нитинат, расположенный на шельфе у берегов Грейс-Харбора, проецируется на пересечение с разломом Лэнгли/Сэдл-Хилл, который является крупным разломом на суше.

Аналогичная ситуация наблюдается и в случае разлома Элвин Каньон. Этот разлом пересекает континентальный разлом Корваллис на суше, который также простирается до шельфа.

Данные, полученные в ходе исследования, позволили сделать несколько важных выводов:

• Взаимодействие верхней и нижней плит. Геометрия погружающейся плиты независимо от возраста и состава не только подвержена деформациям от весовых нагрузок верхней плиты, но и отражает изменения в ее структуре.

• Роль разломов сдвигового типа. Эти разломы являются «слабыми местами» в структуре погружающейся плиты и могут служить «барьерами» для распространения разрывов.

• Сейсмический потенциал. В результате всех вышеописанных факторов формируются разные домены с разным сейсмическим потенциалом.

Эти данные помогают ученым более точно предсказывать и предупреждать землетрясения. Они позволяют создать более точные модели поведения зоны субдукции и оценить риски для населения и инфраструктуры.

Это исследование открывает новые перспективы в понимании механизмов разрывов в зонах субдукции и может стать основой для разработки более эффективных методов предсказания и предупреждения землетрясений в будущем.

Почему плита Хуан-де-Фука так сильно реагирует на структуру верхней плиты, ведь она молодая и относительно тонкая?

Плита Хуан-де-Фука действительно молодая и тонкая, но при этом очень горячая. Тепло делает ее более податливой и чувствительной к нагрузкам. Верхняя плита состоит из различных твердых блоков (террейнов), имеющих разные плотности и твердости, которые оказывают разное давление на погружающуюся плиту. То есть, плита Хуан-де-Фука словно «плывет» под «твердыми островами» верхней плиты, изгибаясь и деформируясь в зависимости от их расположения.

Разломы сдвигового типа — это нетипично для зон субдукции. Почему они образуются именно в Каскадии?

Особенность зоны субдукции Каскадии — это ее косое погружение. Плита Хуан-де-Фука не просто подныривает под верхнюю плиту, а как бы «скользит» вдоль нее. Это движение порождает боковые напряжения, которые и приводят к образованию разломов сдвигового типа. Важно отметить, что их образование также зависит от структуры верхней плиты и «слабых мест» в ней.

Как можно использовать новые данные об устройстве зоны субдукции для прогнозирования землетрясений?

Понимание структуры зоны субдукции — это ключевой шаг к более точному прогнозированию землетрясений. Сейсмический потенциал различных доменов зоны субдукции различается. Это поможет ученым оценить вероятность и масштаб землетрясений в конкретном регионе. Также новые данные позволяют более точно определять зоны «застревания» (locking) плит — тех участков, где накоплена энергия, которая в будущем может вызвать землетрясение.