Учёные впервые с беспрецедентной ясностью наблюдали, как зона субдукции — точка столкновения, где одна тектоническая плита погружается под другую — активно разрушается. Об этом открытии [сообщается](https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady8347) в журнале Science Advances. Открытие проливает новый свет на то, как меняется поверхность Земли, и поднимает новые вопросы о рисках землетрясений в северо-западном регионе Тихого океана.
Зоны субдукции — это места самых мощных тектонических событий на Земле. Они перемещают континенты по всему миру, вызывают разрушительные землетрясения и извержения вулканов, а также перерабатывают кору планеты, затягивая её вглубь мантии.
Но они не вечны. Если бы они были бесконечными, континенты бесконечно сталкивались бы и наслаивались друг на друга, стирая океаны и уничтожая свидетельства прошлого Земли. Главный вопрос, над которым ломали голову геологи: как именно эти могучие системы окончательно прекращают свою работу?
«Запустить зону субдукции — всё равно что пытаться толкнуть поезд в гору — это требует огромных усилий, — сказал Брэндон Шак, доцент Университета штата Луизиана и ведущий автор исследования. — Но как только она начинает двигаться, это похоже на то, как поезд мчится вниз по склону, его невозможно остановить. Чтобы завершить процесс, требуется нечто драматическое — по сути, крушение поезда».
Шак проводил исследование, будучи постдокторантом в обсерватории Земли Ламонта-Доэрти, которая является частью Колумбийской климатической школы.
У побережья острова Ванкувер, в регионе Каскадия, где плиты Хуан-де-Фука и Эксплорер медленно движутся под Североамериканскую плиту, учёные нашли ответ. Используя комбинацию сейсмической визуализации методом отражённых волн — по сути, ультразвук недр Земли — и подробные записи землетрясений, команда запечатлела, как зона субдукции разрывается на части.
Данные о землетрясениях
Данные о землетрясениях были собраны во время эксперимента по сейсмической визуализации Каскадии 2021 года (CASIE21) на борту исследовательского судна обсерватории Земли Ламонта-Доэрти «Маркус Г. Лангсет». Эксперимент возглавляла учёная из Ламонта Сюзанна Карботт, которая также является соавтором новой статьи вместе с коллегой из Ламонта Энн Бекель.
Исследователи посылали звуковые волны с корабля на морское дно и записывали эхо с помощью 15-километровой ленты подводных приёмников. Это позволило получить изображения высокого разрешения разломов и трещин глубоко под дном океана, показывая места, где плита раскалывается.
«Это первый раз, когда у нас есть чёткая картина того, как зона субдукции умирает, — сказал Шак. — Вместо того чтобы закрываться одновременно, плита раскалывается по частям, создавая новые микроплиты и границы. Так что это не похоже на крушение поезда, а скорее на то, как поезд медленно сходит с рельсов, вагон за вагоном».
Карботт добавляет, что учёным уже несколько десятилетий известно, что субдукция может прекратиться, когда плавучие области океанических плит достигают зоны субдукции. «Но у нас раньше не было такой чёткой картины процесса в действии, — говорит она. — Эти новые открытия помогают нам лучше понять жизненный цикл тектонических плит, которые формируют Землю».
Команда наблюдала разрывы, проходящие через плиту Хуан-де-Фука, включая массивный разлом, где плита опустилась примерно на 5 километров. «Существует очень крупный разлом, который активно разрушает [погружающуюся] плиту, — пояснил Шак. — Она ещё не оторвана полностью, но уже близка к этому».
Записи землетрясений подтверждают закономерность: вдоль 75-километрового разрыва некоторые участки всё ещё сейсмически активны, в то время как другие — пугающе спокойны. «Как только часть полностью оторвалась, она больше не вызывает землетрясений, потому что породы больше не сцеплены вместе», — сказал он. Этот отсутствующий разрыв сейсмической активности является верным признаком того, что часть плиты уже отделилась, и разрыв медленно увеличивается с течением времени.
Исследование показало, что этот распад происходит поэтапно, через то, что исследователи называют «эпизодическим» или «поэтапным» прекращением. Вместо внезапного разрыва по всей тектонической плите плита постепенно раскалывается по одному участку за раз.
Отрываясь на более мелкие куски, большая плита теряет импульс — как если бы остановить поезд, разрезав его на части, — и в конце концов перестаёт тянуться вниз. Время, за которое каждый кусок отрывается, составляет несколько миллионов лет, но вместе эти эпизоды могут постепенно остановить всю систему субдукции.
Этот эпизодический распад помогает объяснить загадочные особенности в истории Земли, сохранившиеся в других местах, такие как заброшенные фрагменты тектонических плит и необычные всплески вулканической активности. Поразительный пример находится у Баджа Калифорния, где учёные уже давно наблюдают ископаемые микроплиты — раздробленные остатки некогда массивной плиты Фараллона.
В течение десятилетий исследователи знали, что эти фрагменты должны быть свидетельством умирающих зон субдукции, но механизм, создавший их, был неясен. Каскадия теперь предоставляет недостающую часть: зоны субдукции не рушатся в результате одного катастрофического события, а постепенно раскручиваются, оставляя после себя микроплиты в качестве геологических свидетельств.
Заглядывая в будущее, исследователи изучают, может ли сильное землетрясение разорвать один из этих недавно обнаруженных разрывов или могут ли разрывы повлиять на то, как распространяются разрывы. Хотя эти открытия помогают уточнить модели того, как структурные сложности влияют на поведение землетрясений, они существенно не меняют прогноз опасности для Каскадии в человеческом масштабе.
Регион по-прежнему способен вызывать очень сильные землетрясения и цунами, и понимание того, как эти новые разрывы влияют на характер разрывов, улучшит модели, используемые для изучения сейсмических опасностей на северо-западе Тихого океана.
Эта статья перепубликуется с разрешения Earth Institute, Колумбийский университет [http://blogs.ei.columbia.edu](http://blogs.ei.columbia.edu).