Зоны субдукции и коллизии. Столкновение плит и зоны субдукции
Не так давно, ученым стало известно о том, что Средиземное море умирает и судя по данным, которые удалось собрать за это время, есть повод полагать, что соседствующему Атлантическому океану придется пережить новые времена.
Для научного мира не секрет, что срок жизни океанов – несколько сотен миллионов лет, что по меркам нашей планеты не так уж много. Одни океаны появляются, а другие уходят навсегда. Процесс формирования связан с разрывом континентов, который рано или поздно происходит, а смерть океанов соответственно, начинается, когда континенты сталкивается и океаническая кора погружается в мантию Земли.
Однако, не смотря на эти знания, довольно неопределенным остается процесс формирования так называемых зон субдукции (именно этот процесс начинается сейчас в Атлантике). Сама зона субдукции – это линейно протяжённая зона, вдоль которой происходит погружение одних блоков земной коры под другие. Чаще всего в них океаническая кора пододвигается под островную дугу или активную континентальную окраину, и погружается в мантию.
Интересное открытие в этой сфере сделал Жуан Дуарте из Университета Монаш, который решил найти для наблюдения формирующуюся зону субдукции для дальнейшего исследования. Наблюдения привели его к абсолютно новому тектоническому примеру плит в южном районе Португалии. В течение восьми лет, исследователь и его команда проводили замеры и занимались картографированием геологической активности на берегах Португалии и обнаружили, что полученные сведения говорят о том, что в этом районе формируется зона субдукции.
Открытым и известным фактом было то, что юго-западный район Португалии был испещрен надвигами, которые, по мнению группы Дуарте соединены между собой трансформными разломами, а стало быть – это не отдельные участки пород, которые заходят под другие, а фактически целостная система разломов протяженностью в несколько сотен километров. Данный факт, считает Дуатре и является подтверждением их предположения о формировании здесь зоны субдукции.
Главным достижением исследования команды Жуана Дуатре является возможность судить о причинах формирования. Основная идея исследования ученого состоит в проведении параллели формирования зоны с зоной субдукции на западе Средиземного моря. Он считает, что трансформные разломы являются связующим звеном между этой новой зоной и Гибралтарской дугой, а стало быть, есть вариант, что сдвиг одной литосферной плиты под другую распространяется из умирающего Средиземного моря.
«Можете считать эти зоны субдукции пороками развития, - говорит г-н Дуарте. - Из этих областей разойдутся трещины, которые рано или поздно приведут к разлому литосферной плиты. Возможно, мы оказались свидетелями переломного момента в истории Атлантики». Уже сейчас Атлантический океан убывает в зонах Карибского бассейна и крайнего юга.
Однако далеко не все поддерживают ученого. Если с одной стороны, «теория инфекции» Дуатре объясняет причину формирования зон субдукций, то с другой – данных на нынешнем этапе слишком мало, и с уверенностью говорить о том, что открывается новая зона нельзя – полагает Жак Девершер из Брестского университета во Франции.
Так это или нет – в будущем покажут дальнейшие исследования, а пока что не будем спешить переводить Анлантический океан из списка молодых океанов в категорию старых и умирающих.
Когда я учился в школе, а с тех пор много воды утекло, в учебнике по географии рассказывалось, что складчатость земной коры, т.е. попросту, горы и долины, получились в результате уменьшения объёма Земли при её охлаждении. Земля представлялась как большое печеное яблоко, которое за счёт усыхания покрылось множеством морщин. И это было очень понятно. Современные теории не отличаются такой наглядностью. Более того, некоторые положения этих теорий выглядят невероятными и вызывает удивление сам факт существования такого мира.Многим ли известно, например, что толщина твердой каменной оболочки нашей планеты, на которой мы строим гигантские небоскребы и копаем глубокие шахты, взрываем бомбы и запускаем ракеты, вполне сравнима с толщиной скорлупы куриного яйца: яичная скорлупа (0.3 - 0.4 мм) составляет порядка 2% радиуса яйца в самом узком месте, тогда как земная кора (8-40 км) - меньше 1% радиуса Земли (6378 км)? Правда, при этом каменная оболочка Земли лежит на довольно вязком расплавленном веществе - верхнем слое земной мантии, которая по мере приближения к центру нагревается ещё больше и становится жидкой (температура ядра Земли предположительно порядка 6000°С). 
К сожалению, всё это недоступно для непосредственного исследования и бóльшая часть информации о мантии получена с помощью измерения сейсмических волн, электропроводности и силе тяжести. Более менее изучен только самый верхний слой Земли, литосфера
, толщина которого не превышает 100 - 150 км, (земная кора и часть мантии).
Ко всему сказанному следует добавить ещё одну неприятность - мало того, что наша "земная твердь" всего лишь тоненькая корочка гигантского котла кипящей магмы, температура которой, когда она выливается на поверхность, доходит до 1000-1200°С, эта корочка испещрена многочисленными жерлами вулканов и трещинами 1000-километровой длины, которые образуют так называемые "литосферные плиты" . И эти плиты движутся. Они перемещающиеся в пластичном слое верхней мантии относительно друг друга со скоростью порядка 2-3 см в год.
Впервые эту совершенно фантастическую идею - мысль о движении отдельных участков земной коры, высказал немецкий геофизик и метеоролог Альфред Вегенер (1880-1930) в начале прошлого столетия в рамках гипотезы «дрейфа континентов». Но поддержки эта гипотеза в то время не получила. Её возрождение произошло в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга ) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции ). Объединение этих представлений со старой теорией дрейфа материков породило современную теорию тектоники плит, которая стала общепринятой концепцией в науках о Земле. Её основные положения были сформулированы в 1967-68 группой американских геофизиков — У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом путем развития более ранних (1961-62) идей американских учёных Г. Хесса (H.H.Hess) и Р. Дица (R.S.Dietz) о расширении (спрединге) ложа океанов.
Так, в 1960-х годах, когда начались исследования океанского дна, выяснилось, что по дну Атлантического океана с севера на юг тянется огромная гряда высотой в 2-2.5 км, и дно по обе стороны от нее опускается до 5 км. Причем порода, из которой сложены эти подводные горы, очень разные по возрасту: базальты на вершине гряды молодые, а по обе стороны много старше и притом тем старше, чем дальше от нее. Это открытие заставляло думать, что гряда прикрывает трещину в океанской коре, через которую снизу к вершине всё время выходит поток горячей магмы. Остывая и превращаясь в базальт, эта магма становится плотнее, т.е. тяжелее, и стекает по склону гряды в обе стороны от нее, а на ее место поступает новая порция магмы. Таким образом, магма, выходящая в рифт - трещину расходящихся плит, создает по обе стороны от себя все новые и новые полосы океанской коры (так наз. Срединно-океанический хребет (СОХ) , общая протяженность которых более 70.000 км). В результате кора под океаном непрерывно наращивается и расширяется (спрединг ).
Наиболее убедительным доказательством существования спрединга явились так называемые "полосовые магнитные аномалии" — линейные магнитные аномалии океанической коры, параллельные осям срединных океанических хребтов и расположенные симметрично по отношению к ним. Линейные магнитные аномалии в океанах были обнаружены ещё в 50-х годах при геофизическом изучении Тихого океана. Именно это открытие позволило в 1960-ые годы Хессу и Дицу сформулировать теорию спрединга океанического дна, которая стала основой теории тектоники плит.
В соответствии с теорией спрединга горячее расплавленное мантийное вещество поднимается на поверхность по рифтовым трещинам, раздвигая края рифта и, застывая, наращивает их изнутри. Хесс писал: "Этот процесс несколько отличается от обычного дрейфа материков. Континенты не прокладывают себе путь сквозь океаническое дно под воздействием какой-то неведомой силы, а пассивно плывут в мантийном материале, который поднимается вверх под гребнем хребта и затем распространяется от него в обе стороны."
Таким образом, на поверхность планеты выходят восходящие конвекционные токи, какие можно наблюдать в кастрюле, где варится молочный кисель или каша. Материк же (в рамках такой аналогии) является пенкой на этом киселе. Но аналогия далеко не полная, так как кипящая масса довольно однородная и в пенке нет трещин, по которым происходит субдукция (если только принудительно не погружать пенку обратно в кипящий кисель).
На рисунке справа показана карта дна Атлантического океана. Красным выделена самая молодая часть Срединно-Атлантического хребта. Магма поднимается по трещине вдоль хребта. заполняя расширяющийся промежуток между удаляющимися друг от друга плитами - Северо- и Южно-Американской, с одной стороны (к западу от гряды) и Евразийской и Африканской, с другой стороны - на восток от гряды.
Такие же подводные гряды тянутся по дну других океанов. В Тихом океане наблюдения ученых открыли другую сторону процесса движения плит. Непрерывное прибавление коры в СОХ под Тихим океаном влечет за собой движение Тихоокеанской плиты на запад, в сторону Австралийской плиты, а с востока от СОХ под Южно-Американскую плиту подплывает океанская плита Наска. 
И в том месте, где плиты соприкасаются, более тяжелая и плотная океанская плита начинает изгибаться вниз, уползая огромным длинным «языком» под более легкую континентальную плиту, либо слегка приподымая её (Восточно-Тихоокеанское поднятие около Австралии), либо создавая серьёзные напряжения, которые освобождаются в виде извержений вулканов и землетрясений, как это происходит в Андах. Иными словами, Тихоокеанская плита прирастая на востоке компенсирует этот прирост тем, что ее западная сторона все время уходит под литосферу Австралийской плиты, а прирастание плиты Наска, компенсируется её погружением под Южно-Американскую плиту. Это явление называется субдукцией
.
В настоящее время главные процессы субдукции на Земле происходит по краям Тихоокеанской плиты, и это грандиозное (хотя и невидимое нам явление) сопровождается извержениями и землетрясениями - не случайно они происходят, в основном, по периферии этого океана. А ушедшие в глубину тяжелые базальты океанской коры тонут в астеносфере (иногда опускаясь даже в нижнюю мантию, где проходят переплавку и возвращаются (путем конвекции) обратно в трещины между плитами. Этот процесс занимает около 200 млн лет, поэтому океанская кора не бывает старше этого возраста. С другой стороны, континентальные (легкие) плиты всегда остаются наверху («наплаву»), их состав не меняется, сейсмическая активность очень низкая и поэтому геологи сегодня обнаруживают на Земле скалы возрастом в 3-2.5 млрд лет.
Интересно, что совсем недавно ученые поняли, что уникальная Афарская котловина (Данакильская котловина, Афарский треугольник) — геологическая депрессия на Африканском Роге, одно из немногих мест в мире (известны только два таких места - здесь и в Исландии), где океанические хребты могут быть изучены на суше. Тектоническое движение в котловине (1-2 см в год) приводит к постоянным землетрясениям и образованию щелей на поверхности (на границах плит) до 8 метров. Здесь, на дне огромной кальдеры находится лавовое озеро Эрта Але. Постоянный поток магмы, поднимающийся в кратере из недр Земли продолжается с 1967 года. При этом периодически отсюда изливаются потоки раскалённой лавы и с каждым своим извержением он поднимается всё выше над впадиной Данакиль. Сейчас его высота — уже 613 м, но 3-4 миллиона лет назад он находился под водой. Кстати, на основе палеореконструкции Сибирский континент мигрировал над этим потоком мантийного вещества - над Африканской мантийной провинцией, - 570 млн лет назад, в результате чего родились Сибирские траппы, которые слагают плато Путорана (см. видео в конце статьи).
Предпочтительно смотреть в полноэкранном режиме. Источник - форум Винского .
В современную эпоху более 90 % поверхности Земли покрыто 7 крупнейшими литосферными плитами: Антарктическая, Африканская, Евразийская, Индо-австралийская, Тихоокеанская, Северо-Американская и Южно-Американская плиты. Остальное покрывают более мелкие, такие как Кокос и Карибская плита в районе Центральной Америки, Аравийская плита, Филиппинская и др.
Кроме двух уже названных видов взаимодействия плит: спрединг - расширение, создающее так наз. дивергентные границы, когда плиты движутся в противоположные стороны, и субдукция - пододвигание, конвергентные границы, когда происходит столкновение плит, есть места, где плиты двигаются параллельным курсом, но с разной скоростью. Там возникают трансформные разломы. При этом плиты сталкиваются на время, а затем расходятся, высвобождая много энергии и вызывая сильные землетрясения. Самый известный пример такой границы — разлом Сан-Андреас в Калифорнии, где движутся бок о бок Тихоокеанская и Северо-Американская плиты. Город Сан-Франциско и большая часть бухты Сан-Франциско построены в районе от этого разлома.
Сан Франциско. 1906 год. До и после землетрясения
Этим не ограничиваются виды взаимодействия тектонических плит. Существует ещё один вид, при котором взаимодействуют несколько плит и их движение слишком сложно. Это процессы на многоплиточных границах. Как, например, между Африкой и Европой, где кроме двух основных плит имеется также множество мелких. Их взаимодействие пока мало изучено и прогнозирование их перемещений проблематично.
Первые представления о тектонике плит указывали на то, что вулканизм и сейсмические явления сосредоточены исключительно по границам плит. Однако вскоре стало ясно, что и внутри плит происходят существенные тектонические и магматические процессы. Среди внутриплитных процессов особое место заняли явления долговременного базальтового магматизма, так называемые горячие точки . Другими словами, районы продолжительного вулканизма с выходом большого количества мантийного вещества, магмы. Но в этих точках есть и другая особенность - в некоторых местах планеты они вытянулись цепочкой по одной линии и состоят из вулканов старых, давно потухших, и молодых, активно действующих. Причем действующие находятся на краю всей цепочки. И чем дальше от молодых вулканов отстоят потухшие, тем они старее. Такое ощущение, что под землей есть горелка, которая при перемещении плиты (а плита движется поперек мантийного потока) каждый раз "прожигает" её в новом месте, извергая новый вулкан. Примером такого рода является цепочка вулканов на Гавайских островах. От них на северо-запад идёт подводная гряда бывших вулканов, простирающаяся до Алеутских островов, где Тихоокеанская плита погружается в мантию.
Есть и другие следы, которые оставляют горячие точки. Часто на их месте образовывается кальдера (огромный, до 10-20 км в поперечнике провал в почве) и по мере движения плиты над горячей точкой на поверхности появляется «цепочка» таких кальдер. Особенно наглядно виден след перемещения горячей точки за последние 17 млн лет на карте Йеллоустонского заповедника в США.
Путь Йеллоустонской горячей точки за последние 17 млн лет
Большинство существующих "горячих точек" имеют локальный характер, но известны магматические процессы поистине планетарного масштаба. Это так называемый трапповый магматизм, который в разное время происходил на всех платформах. Траппы (от шведского "trappa" — лестница) — излившиеся в разное время и наслоившиеся один на другой лавовые покровы, которые при врезании в них рек и выветривании образуют ступенчатые склоны. При трапповых извержениях часто нет чётко выраженного кратера и постоянного центра извержений. Лава изливается из многочисленных трещин и заливает пространства, сравнимые с площадью Европы. Так выглядят Деканское плоскогорье в Индии, район Восточной Сибири, почти вся Исландия. Траппы Восточной Сибири занимают площадь порядка 2 миллионов кв. км. Лава изливалась там около 570 миллионов лет назад и длилась, по всей видимости, сотни тысяч лет.
"Горячие точки" мира
Природу такого внутриплитного магматизма объясняют в настоящее время с позиций новой концепции, “тектоники плюмов” , которая хорошо дополняет существующую теорию тектоники плит.
Гипотезу плюмов ("магматических шлейфов", от англ. theory of plumes) высказал в 1971 году американский геофизик Джесон Морган в порядке объяснения существования горячих точек. Плюмом ("шлейфом" - если есть мантия, почему бы не быть шлейфу?) он назвал огромную трубу высокотемпературной магмы, которая зарождается в виде относительно тонкой струи на оболочке земного ядра и поднимается на тысячи км к самому верхнему слою мантии. Упершись в литосферу, этот поток лавы растекается вширь, так что образуется что-то вроде гриба со шляпкой. Места над шляпками таких «грибов» (сегодня считается, что их существует около 20-ти) и есть hot spots, горячие точки. Интересно, что одна такая точка - остров Реюньон в Индийском океане, и Деканское излияние произошло именно тогда, когда, согласно расчетам, плывущая не север Индия оказалась точно на том месте, где сейчас находится этот остров.
Самым важным источником информации о строении Земли являются землетрясения, наиболее глубокие очаги которых располагаются на уровне порядка 700 км. Любое землетрясение вызывает сейсмические волны деформации, пронизывающие в различных направлениях земной шар. Очевидно, что, чем больше регистрируется землетрясений, тем точнее и полнее информация о недрах нашей планеты. Недостатка в количестве и регистрации землетрясений ученые не испытывают, но обработка этого колоссального объема информации (ежегодно происходит сотни тысяч землетрясений, которые регистрируют тысячи сейсмостанций - см. карту землетрясений online) стала возможной только в последнее время с помощью современных компьютеров. Это позволило создать послойные изображения внутренней структуры земных недр, реализовать новый метод исследования, сейсмотомографию.
На представленной визуализации показаны данные землетрясений на Земном шаре в период 2000-2015 гг магнитудой выше 4. Каждая светящаяся точка отображает землетрясение. Чем ярче точка, тем выше магнитуда землетрясения. Точки являются накопительными, т.е. области наиболее частых землетрясений ярче других.
С помощью сейсмотомографии ученые геофизики получили первые представления о конвективных течениях вещества в мантии Земли. В пределах верхней мантии подтвердились основные положения теории тектоники литосферных плит: действительно наблюдается погружение холодных и более плотных океанических пластин под более легкие континентальные и подъем нагретого вещества вдоль осей рифтовых океанических и континентальных зон. Однако обнаружились и неожиданности: разнонаправленное горизонтальное или близкое к нему движение вещества, а не только перемещение в вертикальной плоскости, как это предполагалось раньше. При этом нагретые потоки мантийного вещества под областями новейшего вулканизма или рифтовыми зонами срединно-океанических хребтов не поднимаются из глубины в виде прямых колонн, а имеют весьма причудливую форму, отклоняясь в стороны и обладая отростками, апофизами, шарообразными вздутиями.
Вместе с этим были обнаружены гигантские суперплюмы, Тихоокеанский (Гавайские острова и остров Пасхи) и Африканский (примерно под зоной сочленения Африканской, Сомалийской и Аравийской плит), которые объединяют известные "горячие точки", образуя так наз. "горячие поля", простирающиеся на многие тысячи километров. По данным сейсмотомографии здесь происходит подъем глубинного вещества до поверхности. Это позволило говорить о том, что конвективные явления имеют глубинную природу. При этом процессы, ассоциируемые с верхним слоем, хорошо вписываются в существующую теорию тектоники литосферных плит, а наличие двух суперплюмов говорит о двухячейстом характере конвекционных процессов.
Границы «горячих полей» примерно совпадают с контурами «низкоскоростных мантийных провинций (LLSVP - large low shear velocity provinces)», называемых также суперплюмами. В отличие от низкоскоростных провинций высокоскоростные ассоциированы с зонами субдукции, в пределах которых происходит опускание литосферных плит в мантию. Их связь с современными проявлениями вулканизма подтверждается локализацией на поверхности планеты всех известных на сегодня 49 горячих точек, а сами мантийные провинции определены методом сейсмотомографии. Источник - Глубинная геодинамика
Очень важной особенностью тектоники литосферных плит является её проверяемость независимыми методами. Ещё основатель этой теории Альфред Вегенер в порядке доказательства указал на многочисленные сходства в геологическом строении континентов, а также на общность ископаемой флоры и фауны в геологическом прошлом. Но 100 лет назад у него не было подходящих инструментов, чтобы удостоверится, что континенты действительно движутся. Современное оборудование позволяет выполнить необходимые расчеты с очень высокой точностью.
В соответствии с теоремой Эйлера движение литосферных плит по поверхности сферы можно представить как вращение вокруг оси, проходящей через центр сферы, т.е. вращение может быть описано тремя параметрами: координаты оси вращения (например, её широта и долгота) и угол поворота. В конце 80-х гг. был проведен эксперимент по проверке движения литосферных плит. Он был основан на измерении базовых линий (геодезических линий, проходящих через неподвижные точки, выбранные на разных континентах), по отношению к далеким квазарам, которые благодаря своему сверхмощному радиоизлучению и удаленности, называют также маяками Вселенной. На двух плитах выбирались точки, в которых, с использованием современных радиотелескопов, определялось расстояние до квазаров и угол их склонения, и, соответственно, рассчитывались расстояния между точками на двух плитах, т.е. определялась базовая линия. Через несколько лет измерения повторялись. Была получена очень хорошая сходимость результатов, рассчитанных по другим критериям. Полученные данные подтвердились и современными измерениями с помощью спутниковых навигационных систем GPS. Как говорит доктор геолого-минералогических наук, профессор Николай Короновский:
UPD
Не успел закончить, как в комментариях пришло замечательное дополнение от док. Александра Черницкого ( achernitsky
) про "наши палестины" - про Сиро-Африканский разлом и осколки литосферной плиты, на которой мы живем:
Как и полагается в еврейском государстве - здесь всё движется во все стороны. Это как раз тот случай, о котором я написал выше:
"Существует ещё один вид, при котором взаимодействуют несколько плит и их движение слишком сложно. Это процессы на многоплиточных границах. Как, например, между Африкой и Европой, где кроме двух основных плит имеется также множество мелких. Их взаимодействие пока мало изучено и прогнозирование их перемещений проблематично."
Понимание природы тонкой структуры зоны субдукции имеет ключевое значение для физики сейсмотектонического процесса. Результатом интенсивных геофизических и геологических исследования зон суб- дукции в последние несколько десятков лет являются новые данные о структуре этой зоны и особенностях сейсмичности. Они поставили целый ряд вопросов, ответы на которые нельзя получить в рамках модели плитотектоники. Предпочтительнее рассматривать эти вопросы на основе активизации эндогенных процессов, имеющих значительную вертикальную компоненту переноса энергии. Ограничимся изложением результатов ряда работ по Камчатке, Курилам и Японии, которые широко известны и достаточно объективны.
Прежде всего, рассмотрим особенности протекания сейсмотектонических процессов, которые одновременно отражают и условия их проявления. Об этом можно судить по распределению плотности эпицентров Камчатских землетрясений (Рис.5.6, [Болдырев, 2002]). Основная сейсмоактивная зона имеет ширину 200 - 250 км. Распределение плотности эпицентров очагов (далее очагов) в пространстве носит сложный характер, при этом выделяются изометрические и вытянутые участки различной плотности очагов.
Участки повышенной плотности очагов образуют систему лине- аментов, из которых наиболее заметные совпадают с простиранием морфоструктур Камчатского региона. Эти участки устойчивы в пространстве за период инструментального контроля, начиная с 1962 и кончая 2000 годом. Устойчиво в пространстве также положение слабосейсмичных участков. Заметим, что частота землетрясений внутри этих участков может существенно меняться. Это показано при реализации, например, алгоритмов RTL [Соболев и Пономарев,2003].
Рис.5.6 Плотность эпицентров (N на 100кв.км) Камчатских землетрясений 1962-1998гг. (Н=0-70км, кб > 8.5). Прямоугольник - область уверенной регистрации событий с кб> 8.5. 1 - современные вулканы, 2 - очаги с кб > 14.0, 3 - ось глубоководного желоба, 4 - изобата - 3500м .
Пространственно - временные изменения плотности очагов в трех полосах сейсмической зоны Камчатки приведены на рис. 5.7. [Болдырев, 2002 ]. Как видно, положение сейсмоактивных и слабо сейсмичных участков весьма устойчиво во времени в данный период контроля. На этом же рисунке показано положение очагов сильных землетрясений (К > 12.5), совпадающие с участками повышенной плотности очагов слабых землетрясений. Можно констатировать, что сильные события происходят в зонах повышенной активности слабых событий, хотя по механистическим представлениям в этих участках должна происходить разрядка накапливаемых напряжений.
Весьма интересны результаты анализа, представленные на рис. 5.8 [Болдырев, 2000]. На верхней части рисунка показан вертикальный разрез распределения плотности гипоцентров в ячейках 10 на 10км и положение коромантийного раздела. Под Камчаткой практически отсутствуют очаги в мантии, а под экваторией Тихого океана они преобладают. На нижней части рисунка автор показывает предположительные тренды миграции сильных событий от 159 о в.д. до 167 о в.д. Скорость "миграции" очагов 50 - 60 км/год, периодичность активизации 10 - 11 лет. Таким же образом можно выделить тренды событий более низкого энергетического уровня, "распространяющиеся" с запада на восток. Однако природа таких горизонтальных процессов передачи упругой энергии не обсуждалась. Отметим, что схема горизонтально действующих процессов передачи упругой энергии не согласуется с наблюдаемыми устойчивыми положениями в пространстве участков с постоянным уровнем сейсмичности. Существование устойчивых участков с активными сейсмическими явлениями в большей мере указывают на протекание вертикальных процессов возбуждения среды, имеющих в данный период определенную ритмичность.
Возможно, что с этими процессами связаны различные характеристики среды, отражающиеся в скоростных моделях (Рис.5.9 и 5.10) [Тараканов, 1987; Болдырев и Кац, 1982]. Сразу бросается в глаза неоднородности, образующие сложную мозаику "блоков " с повышенным или пониженным уровнем скоростей (относительно осредненного скоростного разреза по Джеффрису). Причем "блоки ", в которых почти постоянны скорости, расположены в широком диапазоне глубин, контрастно выделяются наклонные структуры также с большим перепадом глубин. В одних и тех же диапазонах глубин скорости упругих волн могут быть как высокими, так и низкими. Скорости в подконтинентальной мантии ниже скоростей в подокеанической мантии на одних и тех же глубинах. Необходимо также отметить наибольшие значения градиентов скоростей.
Рис.5.7 Пространственно-временные распределения плотности очагов (число событий за 0.5 года в интервале AY = 20км) в трех продольных линеаментах Камчатской сейсмоактивной зоны. Крестиками помечено положение 20 сильнейших землетрясений в каждой полосе.
Рис.5.8. Вертикальный разрез (а) и пространственно-временные изменения плотности очагов (б) в полосе 20км вдоль 55°с.ш.. 1- очаги землетрясений Кб>12.5, 2 - проекция современной вулканической зоны, 3 - проекция оси глубоководных желобов.
Рис.5.9 Поля скоростей продольных волн (км/с) в фокальной зоне вдоль профиля станция Хатинохе - о-в Шикотан: 1 - < 7.25, 2 - 7.25 - 7.5, 3 - 7.51 - 7.75, 4 - 7.76 - 8.0, 5 - 8.01 - 8.25, 6 - 8.26 - 8.5, 7 - > 8.5, 8 - гипоцентры сильнейших землетрясений.
Рис.5.10 Широтный профиль изменения скоростей продольных волн (станция SKR - глубоководный желоб), теплового потока и аномалий поля силы тяжести. 1 - изолинии поля скорости V ; 2 - значения скорости для стандартной модели Земли; 3 - положение поверхности М и значения граничных скоростей в ней; 4 - изменение фонового теплового потока; 5 - аномалии поля силы тяжести; 6 - действующие вулканы; 7 - глубоководный желоб, 8 - границы сейсмофокального слоя.
Уровень сейсмической активности (т.е. плотности очагов) в зонах имеет обратную корреляцию со скоростью V ? и прямую с добротностью среды. При этом участки повышенных значений скоростей, как правило, характеризуются более высоким уровнем затухания [Болдырев, 2005], причем гипоцентры наиболее сильных событий располагаются в зонах с повышенной скоростью и приурочены к границам "блоков" с разными скоростями [Тараканов, 1987] .
Была построена обобщенная скоростная модель блоковой среды для сейсмофокальной зоны и ее окрестностей [Тараканов, 1987]. Фокальная зона по пространственному распределению гипоцентров и скоростному строению также является неоднородной. По толщине она является как бы двухслойной, т.е., сама сейсмофокальная зона и примыкающий к ней высокоскоростной слой (или "блок") с Д V ~ (0.2 - 0.3 км/с). Аномально высокими скоростями отличается наиболее высокосейсмичная часть зоны, а аномально низкими скоростями характеризуются блоки непосредственно под островными дугами и еще глубже в направлении сейс- мофокальной зоны. О двухслойной сейсмофокальной зоне на некоторых глубинах сообщалось и в других работах [Строение..,1987].
Эти данные можно относить к объективным, хотя границы выделенных "блоков" могли быть определены не достаточно точно. Наблюдаемые распределения скоростей сейсмических волн, особенности тектонических напряжений и деформаций, а также пространственное распределение аномалий различных геофизических и гидрогеохимических полей не могут реализоваться, если представить, что сейсмофокальная зона находится в постоянном одностороннем движении, как это следует из модели плитотектоники [Тараканов и Ким, 1979; Болдырев и Кац, 1982; Тараканов, 1987; Болдырев, 1987]. Здесь аномалии скоростей связывают с вариациями плотности, что может объяснить перемещение вязкой среды в поле силы тяжести. При этом отмечается, что характер движений напоминает поля в конвективной ячейке, где восходящие движения могут трансформироваться в горизонтальные движения верхней мантии, которое выделяется вблизи островной гряды. Положение сейсмофокальной зоны, ее очертания и наклон связываются с взаимодействием разуплотненной мантией под окраинным морем с более плотной средой под океаном.
Представляют интерес работы Л.М. Балакиной, посвященные исследованиям механизмов очагов землетрясений в зонах субдукции ([Балакина, 1991,2002] и литература к ним). Наиболее полно исследовались Курило-Камчатская остравная дуга и Японские острова. Для землетрясений (М > 5.5) в верхних 100 км литосферы выявлен единый тип механизмов очагов. В нем одна из возможных плоскостей разрыва ориентирована устойчиво вдоль простирания островной дуги и имеет крутой угол наклона (60 - 70°) в сторону глубоководного желоба, вторая - пологая плоскость (угол падения менее 30°) не имеет устойчивой ориентации по азимуту простирания и направлению падения. В первой плоскости преобладающая подвижка всегда взброс, во второй - меняется от надвига до сдвига. Отсюда следует закономерная ориентация действующих напряжений для глубин до 100км: напряжение сжатия по всей толще литосферы ориентированно вкрест простирания островной дуги с наклоном в сторону глубоководного желоба под небольшими углами к горизонту (20-25°). Напряжения растяжения на этих глубинах ориентировано круто с наклоном в сторону тылового бассейна и большим разбросом по азимуту простирания. Это означает, что представления о совпадении ориентации осей напряжений сжатия или растяжения с вектором наклона фокальной зоны не является обоснованным. Также Л.М. Балакиной отмечается, что в очагах промежуточных и глубокофокусных землетрясений ни одно из напряжений сжатия или растяжения нельзя считать совпадающим по направлению с вектором падения сейсмофокальной зоны. Анализ механизмов очагов показал, что в литосфере и мантии имеет место субвертикальное перемещение вещества. Однако в мантии, в отличие от литосферы, оно может быть как восходящим, так и нисходящим (рис.5.11). Поэтому сейсмофокальная зона может быть пограничной между зонами поднятия и опускания. Ведущим процессом представляется образование и развитие тыловых структур погружения, обусловленное перемещением масс, охватывающих всю верхнюю мантию под тыловым бассейном (Балакина, 1991). Этот процесс связывается с гравитационной дифференциацией вещества в области фазовых переходов между нижней и верхней мантией, т.е., процесс перемещения начинается снизу, а не сверху, как это следует из модели плитотектоники. Фокальная же зона - это область дифференцированных движений на границе между мантией тылового бассейна и океанической. Происходящее перераспределение масс сопровождается также их горизонтальным перемещением, развитие которого в астеносфере обуславливает поднятие подошвы соответствующего участка литосферы. В результате вдоль фокальной зоны концентрируются напряжения и накапливаются сдвиговые деформации, которые определяют закономерности распределения механизмов очагов на различных глубинах, от поверхностных до мантийных.
Развитые в цитированных работах представления о формировании сейсмофокальных зон (зоны субдукции) во многом схожи, а механизмы вертикальных движений находят свое объяснение также в модели вертикальной аккреции вещества [Вертикальная.. , 2003].
Однако остаются две группы вопросов. Первая группа: природа слабой коровой сейсмичности, квазистационарность зон сейсмичности с различной активностью, сопряженность зон слабой и более сильной сейсмичности. Вторая группа вопросов связана с природой глубокофокусной сейсмичности и скоростными моделями среды.
Ответы на первую группу вопросов можно получить из представлений о последствиях взаимодействия восходящих потоков легких газов с твердой фазой литосферы. Интенсивность сейсмических событий в различных зонах (пятнистость сейсмичности) обусловлена различием потоков восходящих легких газов, их цикличностью, т.е., пятнистость сейсмичности отражает соответствующую неравномерность восходящих потоков легких газов.
Рис.5.11 Схема дифференциальных перемещений вещества в пограничной зоне между активной мантией тылового бассейна и пассивной океанической мантией, происходящих в процессе погружения тылового бассейна (по Балакиной). Вертикальное сечение, перпендикулярное простиранию дуги. 1 - нисходящие движения на периферии тылового бассейна; 2 - горизонтальные перемещения вещества в астеносфере под островным склоном желоба; 3 - линии поднятия подошвы литосферы, вследствие перемещения вещества в астеносфере; 4,5 - ориентация напряжений: 4 - сжатия, 5 - растяжения, возникающих при дифференциальных перемещениях вещества в литосфере и в нижней части фокальной зоны; 6 - ориентация крутых разрывов и подвижек в литосфере; 7 - верхняя мантия под тыловым бассейном; 8 - океаническая верхняя мантия; 9 - фокальная зона; 10 крутые разрывы в низах фокальной зоны.
Природа процессов формирования тонкой скоростной структуры среды, как нам представляется, практически не обсуждалась. Скоростная структура среды весьма удивительна своей контрастностью. Внешнескоростная структура среды напоминает вертикальные зоны (блоки) повышенной или пониженной сейсмичности, однако они расположены в переходной зоне нижней коры и верхней мантии (40-120 км). Изменения скоростного режима в вертикальных блочных структурах может быть объяснено не только на основе чисто плотностных моделей (происхождение которых необходимо обсуждать), но и вариациями температурного режима, связанного с тепловыми эффектами восходящих потоков водорода в различных элементах структуры. Причем в переходной зоне от верхней мантии до нижней коры речь может идти только о восходящей диффузии атомарного водорода в кристаллических структурах. По-видимому возможны струйные течения водорода и гелия в направлении менее плотной упаковки кристаллических структур, аналогичные наблюдаемым в лабораторных экспериментах (рис.4.4 б,в,г). Подтверждением этого могут служить данные по быстрой изменчивости скоростных параметров среды [Славина и др., 2007].
Обсудим возможные механизмы изменения свойств среды в зонах струйных восходящих течений водорода. Один из механизмов связан с процессами растворения водорода в кристаллических структурах. Это процесс эндотермический. Хотя для горных материалов теплоты растворения водорода не известны, однако для оценок можно взять данные для материалов, не образующих гидридных соединений. Эта величина может быть порядка 30 ккал /моль(Н). При непрерывных восходящих потоках атомарного водорода (при условии занятых водородом вакансий и дефектных структур) порядка 1 моль Н/м 2 понижение температуры может составить 50-100°. Этому процессу может способствовать текстурированность определенных граничных структур, например, в сейсмофокальной зоне и прилегающих областях. Следует отметить, что проявления эндотермических процессов, сопровождающих растворение водорода в кристаллических структурах, интенсивны в зонах структурно-вещественных преобразований, реализующих реидное течение вещества. На возможность таких процессов указывают ряд закономерностей распространения упругих волн. Например, вертикальные зоны повышенных скоростей характеризуются более высоким уровнем их затухания [Болдырев, 2005]. Это может быть связано с взаимодействием упругих волн с водородной подрешеткой, концентрация которой повышена в зонах с более низкой температурой. Такие эффекты известны в лабораторной практике. Наличие водородной подрешетки после насыщения горных материалов фиксировалось в рентгеноструктурных исследованиях по появлению сверхструктурных отражений на малых углах (рис. 4.2). В этих представлениях скоростных структур рассматриваются два типа зон: зона с нормальным фоновым восходящим потоком водорода и зона с небольшой концентрацией водорода (до этого в этой зоне температура была повышена), где возможно дополнительное растворение водорода. Можно отметить, что появление в геологической среде двухфазного состояния вещества при высоком давлении водорода может привести к увеличению плотности за счет более плотной упаковки структур.
Однако можно рассматривать и другую модель формирования различий в скоростных структурах среды. При струйных течениях водорода по различным структурам (например, на рис.4.4б) с ним выносится определенное количества тепла [Летников и Дорогокупец, 2001]. В рамках этих представлений существуют структуры с повышенной температурой и структуры с нормальной температурой для соответствующих глубин. Но все это означает, что скорости упругих волн в различных структурах будут со временем изменяться, причем время изменений может быть весьма небольшим, что показала Л.Б. Славина с коллегами.
В рамках рассматриваемых процессов некоторые свойства сейсмо- фокальной зоны (зоны субдукции) можно связывать с процессами взаимодействия восходящего потока глубинного водорода с твердой фазой. Сейсмофокальная зона является стоком легких газов. Повышенная концентрация дефектов структуры, о чем говорилось выше, может привести к накоплению водорода и гелия в дефектах (вакансиях), с плотностью, близкой к плотности их в твердых фазах. За счет этого плотность материала сейсмофокальной зоны может увеличиться на доли единиц (г/см 3). Это также может способствовать увеличению скорости упругих волн. Однако этот процесс происходит на фоне более масштабных явлений планетарного типа, обусловленных, по-видимому, вертикальным переносом вещества (адвекционно-флюидный механизм [Белоусов, 1981; Спорные..,2002; 0кеанизация..,2004; Павленкова, 2002]), а также процессами в граничных слоях между континентальными и океаническими мантией и литосферой. Естественно, что эта пограничная зона должна обладать рядом уникальных свойств. Формирование этой зоны и поддержание ее длительного достаточно устойчивого состояния сопровождается возникновением в ней, как отмечалось выше, высоких напряжений, создающих определенную текстуру деформации. Текстура деформации также может внести существенный вклад в увеличение скоростей упругих волн вдоль таких граничных структур. Формированию и поддержанию текстуры деформации способствует также восходящая диффузия водорода и гелия. Примеры текстурирования (Рис.4.1б) горных материалов при насыщении их легкими газами были приведены выше. Следует отметить, что в текстурированных структурах повышенная концентрация дефектов. Это способствует накоплению в них легких газов и проявлениям неустойчивости среды за счет постоянной восходящей диффузии легких газов. Поэтому пограничная зона, она же сейсмофокальная зона, также может представлять двухфазную структуру, что влияет на ее скоростные параметры. Заметим, что неравновесное состояние геологической среды при повышенных значениях Р-Т параметров может быть признаком протекания сверхпластичности. Это следует из лабораторных представлений и наблюдений сверхпластичности. Однако перенос этих представлений на условия среды глубже 150-200км пока не имеет реальных оснований.
Теперь о природе глубокофокусных землетрясений, точнее, конечно, говорить о природе подготовки и протекания разномасштабных глубокофокусных "движений". Причем основанием для этих представлений являются особенности сейсмических явлений, характеризующихся сдвиговой компонентой движений в так называемом глубокофокусном "очаге". Основные положения представлений об этом исходят в настоящее время из модели плитотектоники. Однако эта модель подвергается все большей критике [Спорные.., 2002; Океанизация.., 2004]. Накопленный объем геологических и геофизических данных ставит под сомнение реальность этой модели. В рамках модели плитотекто- ники протекание глубокофокусных движений связывали с фазовыми переходами оливин-шпинель при определенных Р-Т условиях в граничных слоях опускающейся холодной океанической плиты [Калинин и др., 1989]. Фазовые границы в погружающейся плите представляются механически ослабленными зонами, вдоль которых осуществляется проскальзывание сегментов погружающихся жестких плит при некотором участии "флюидной фазы" [Родкин, 2006], т.е. очагом является зона проскальзывания. В рамках этой модели пытаются объяснить также резкие изгибы погружающихся плит, выявленные по гипоцентрам глубоких землетрясений и по данным сейсмической томографии. Эти резкие изгибы плит связываются также с фазовыми переходами на определенных глубинах и соответствующей потерей жесткости таких плит. Однако при этом не учитывается природа сил (в рамках модели плитотектоники), вызывающая движение плиты вниз. Можно ли объяснить действием этих сил горизонтальное движение плиты после ее изгиба? Можно ли затем изменить направление движения плиты вниз? На эти вопросы необходимо отмечать. Остается также вопрос к природе резкой контрастности границ опускающейся плиты. Эти вопросы в модели плитотектоники не обсуждаются и не могут в ней найти объяснений.
Учитывая выше изложенное, а также многочисленные данные исследований, необходимо согласиться с теми, кто показывает уязвимость представлений плитотектоники. Зона Заварицкого-Беньофа является границей двух сред, континентальной литосферы-мантии и океанической литосферы-мантии. Эти среды оказывают на граничную структуру и ее динамику основное влияние. Однако ряд особенностей граничной структуры указывает на то, что она является мощным стоком легких газов, прежде всего водорода, от ядра к поверхности.
Восходящие потоки водорода имеют струйный характер и могут контролироваться ярко выраженными границами, которыми определяются структурными особенностями среды. Это было показано при лабораторном моделировании (рис. 4.4б,в,г). Как уже отмечалось, в направлении к поверхности концентрация водорода будет увеличиваться. Постепенно дефектные места (дислокации, вакансии, дефекты упаковки др.) будут заняты водородом и его поток будет осуществляться только по междоузлиям. Поэтому основным препятствием для движения потока будут уже занятые водородом дефектные структуры и элементы текстуры деформации. Водород начнет накапливаться в междоузлиях и свободных дефектах структуры, вызывая структурные напряжения.
Известна вертикальная и субгоризонтальная расслоенность верхней мантии. Природа расслоенности верхней мантии рассматривают на основе тепловой конвекции, адвективно-полиморфного и флюидного механизмов. Анализ действия этих процессов рассматривался в работах [Павленкова, 2002]. На основе этого анализа делался вывод, что наиболее полно можно объяснить расслоенность верхней мантии действием флюидного механизма [Летников, 2000]. Суть рассматриваемого здесь механизма заключается в том, что благодаря значительной подвижности флюидов вещество мантии достаточно быстро (по сравнению с конвективным течением) поднимается вверх по ослабленным или разломным зонам. На некоторых глубинах оно задерживается, образуя слои с повышенной концентрацией флюида. Дальнейшее продвижение глубинного вещества вверх зависит от проницаемости верхней мантии. Такими зонами проницаемости являются наклонные мантийные структуры, в том числе так называемые зоны субдукции, по существу зона сочленения двух различных структур. Эти зоны имеют изломы, а в ряде случаев изломы имеют углы, близкие к прямым.
Однако зоны "проницаемости" в верхней мантии не могут иметь трещин, поэтому они могут быть проницаемы только для легких газов (под флюидом следует понимать только легкие газы), которые образуют фазы внедрения. Это водород и гелий. Зоны изгиба представляются зонами накопления водорода в кристаллических структурах. Можно полагать, что поток водорода из внешнего ядра квазипостоянен, поэтому накопление водорода в этих зонах будет заканчиваться его прорывом в вышележащие структуры. Примером такого поведения водорода может быть струйный прорыв (см. рис. 4.4 в,г и 4.7-4.10). Этот прорыв будет сопровождаться перестройкой снизу вверх протяженных кристаллических структур, проявляющейся в ее быстром деформировании, т.е. тем, что называют глубокофокусным землетрясением. Естественно, что в этом процессе нет разрыва сплошности. В подтверждение этой модели можно привести данные по цикличности или ритмичности глубокофокусных землетрясений с периодичностью 7-8 лет [Поликарпова и др., 1995], отражающих косвенно как величину глубинного потока водорода, так и особенности взаимодействия этого потока с твердой фазой и ее реакцию на этот поток.
Вместо заключения.
Эндогенные процессы в так называемых зонах субдукции действуют в масштабах, существенно превышающих региональные. Измерения возмущений различных полей в локальных участках могут дать информацию об активизации пространственных или локальных процессов. Однако они не могут помочь в оценке и прогнозировании локальной реакции среды в тех или иных участках. В тоже время плотная сеть мониторинга, где она возможна, может помочь в оконтуривании региональной зоны эндогенного возбуждения среды, но вряд ли может указать на вероятное место сильного события.
Чтобы управлять чем бы то ни было, надо считаться с массовыми фактами, а еще лучше - понимать их.
В классическом варианте субдукция реализуется в случае столкновения двух океанических, или океанической и континентальной плит. Однако, в последние десятилетия выявлено, что при коллизии континентальных литосферных плит, также имеет место поддвиг одной литосферной плиты под другую, это явление получило название континентальной субдукции . Но при этом не происходит погружения ни одной из плит в мантию из-за малой плотности континентальной коры. В результате происходит скучивание и нагромождение тектонических пластин с образованием мощных горных сооружений. Классический пример - Гималаи .
Согласно теории тектоники плит механизм субдукции (сокращения и разрушения океанической коры) компенсируется спредингом - механизмом формирования молодой океанической коры в срединно-океанических хребтах: Объем поглощаемой в зонах субдукции океанской коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга. В то же время, в зонах субдукции происходит постоянное наращивание континентальной коры за счет аккреции, т. е. сдирания и интенсивного смятия осадочного чехла с погружающейся плиты. Разогрев погружающейся коры является также причиной широкого развития вулканизма вдоль активных континентальных окраин. Наиболее известно в этом плане Тихоокеанское огненное кольцо . Масштабное поглощение океанической коры по периферии Тихого океана указывает на процесс сокращения (закрытия) этого древнейшего из ныне существующих океанических бассейнов планеты. Подобные процессы имели место и в прошлом. Так, древний океан Тетис начал сокращаться с мезозоя и к настоящему времени прекратил своё существование с образованием остаточных бассейнов, известных теперь как Средиземное, Черное, Азовское, Каспийское моря.
Наиболее известные зоны субдукции находятся в Тихом океане : Японские острова , Курильские острова , Камчатка , Алеутские острова , побережье Северной Америки , побережье Южной Америки . Также зонами субдукции являются острова Суматра и Ява в Индонезии , Антильские острова в Карибском море , Южные Сандвичевы острова , Новая Зеландия и др.
Классификации зон субдукции
Выделяется 4 типа зон субдукции по структурным признакам :
- Андский
- Зондский;
- Марианский;
- Японский;
Зона субдукции андского (андийского) типа - зона, которая формируется там, где молодая океанская литосфера с большой скоростью и под пологим углом (около 35-40º к горизонту) пододвигается под континент. Латеральный структурный ряд от океана к континенту включает в себя: краевой вал - жёлоб - береговой хребет (иногда подводное поднятие или террасу) - фронтальный бассейн (продольную долину) – главный хребет (вулканический) – тыловой бассейн (предгорный прогиб). Характерен для восточного побережья Тихого океана.
Зона субдукции зондского типа - зона, где происходит пододвигание древней океанской литосферы, уходящей на глубину под крутым углом под утоненную континентальную кору, поверхность которой находится в основном ниже уровня океана. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – жёлоб – невулканическую (внешнюю) островную дугу – преддуговой бассейн (прогиб) – вулканическую (внутреннюю) дугу – задуговой бассейн (краевое (окраинное море)). Внешняя дуга – это либо аккреционная призма , либо выступ фундамента висячего крыла зоны субдукции.
Зона субдукции марианского типа
- зона, формирующаяся при пододвигании двух участков океанской литосферы. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – жёлоб (терригенного материала довольно мало) – береговой хребет, невулканическую дугу – преддуговой бассейн (в качестве фронтального) – энсиматическую вулканическую дугу – задуговой бассейн (или междуговой в качестве тылового на утоненной континентальной или новообразованной океанской коре).
Зона субдукции японского типа
- зона пододвигания океанской литосферы под энсиалическую островную дугу. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – жёлоб – береговой хребет (иногда подводное поднятие или террасу) – фронтальный бассейн (продольную долину) – главный хребет (вулканический) – задуговой бассейн (краевое, окраинное море) с новообразованной корой океанского или субокеанского типа.
Перечисленные типы зон субдукции часто по морфологическому признаку условно объединяют в 2 группы:
- Восточно-Тихоокеанская - сюда входит зона андского типа. Характерно наличие активной континентальной окраины.
- Западно-Тихоокеанская - сюда входят остальные типы зон субдукции. Характерно развитие в висячем краю вулканической островной дуги.
Основные структурные элементы
В поперечном сечении зон субдукции Западно-Тихоокеанского типа выделяются:
- глубоководный жёлоб
- преддуговый склон
Глубоководный жёлоб
Расстояние от оси жёлоба до вулканического фронта - 100-150 км (в зависимости от угла наклона зоны субдукции, на активных континентальных окраинах расстояние достигает 350 км). Это расстояние соответствует глубине погружения слэба в 100-150 км, где начинается магмообразование. Ширина зоны вулканизма около 50 км, при общей ширине всей зоны тектонической и магматической активности 200-250 км (на активных континентальных окраинах до 400-500 км).
Преддуговый склон
Преддуговый склон включает 2 основных элемента:
- Аккреционная призма
- Преддуговая терраса
Субдукция и магматизм
Значение
См. также
Напишите отзыв о статье "Зона субдукции"
Примечания
Ссылки
Отрывок, характеризующий Зона субдукции
Пьер замечал, как после каждого попавшего ядра, после каждой потери все более и более разгоралось общее оживление.Как из придвигающейся грозовой тучи, чаще и чаще, светлее и светлее вспыхивали на лицах всех этих людей (как бы в отпор совершающегося) молнии скрытого, разгорающегося огня.
Пьер не смотрел вперед на поле сражения и не интересовался знать о том, что там делалось: он весь был поглощен в созерцание этого, все более и более разгорающегося огня, который точно так же (он чувствовал) разгорался и в его душе.
В десять часов пехотные солдаты, бывшие впереди батареи в кустах и по речке Каменке, отступили. С батареи видно было, как они пробегали назад мимо нее, неся на ружьях раненых. Какой то генерал со свитой вошел на курган и, поговорив с полковником, сердито посмотрев на Пьера, сошел опять вниз, приказав прикрытию пехоты, стоявшему позади батареи, лечь, чтобы менее подвергаться выстрелам. Вслед за этим в рядах пехоты, правее батареи, послышался барабан, командные крики, и с батареи видно было, как ряды пехоты двинулись вперед.
Пьер смотрел через вал. Одно лицо особенно бросилось ему в глаза. Это был офицер, который с бледным молодым лицом шел задом, неся опущенную шпагу, и беспокойно оглядывался.
Ряды пехотных солдат скрылись в дыму, послышался их протяжный крик и частая стрельба ружей. Через несколько минут толпы раненых и носилок прошли оттуда. На батарею еще чаще стали попадать снаряды. Несколько человек лежали неубранные. Около пушек хлопотливее и оживленнее двигались солдаты. Никто уже не обращал внимания на Пьера. Раза два на него сердито крикнули за то, что он был на дороге. Старший офицер, с нахмуренным лицом, большими, быстрыми шагами переходил от одного орудия к другому. Молоденький офицерик, еще больше разрумянившись, еще старательнее командовал солдатами. Солдаты подавали заряды, поворачивались, заряжали и делали свое дело с напряженным щегольством. Они на ходу подпрыгивали, как на пружинах.
Грозовая туча надвинулась, и ярко во всех лицах горел тот огонь, за разгоранием которого следил Пьер. Он стоял подле старшего офицера. Молоденький офицерик подбежал, с рукой к киверу, к старшему.
– Имею честь доложить, господин полковник, зарядов имеется только восемь, прикажете ли продолжать огонь? – спросил он.
– Картечь! – не отвечая, крикнул старший офицер, смотревший через вал.
Вдруг что то случилось; офицерик ахнул и, свернувшись, сел на землю, как на лету подстреленная птица. Все сделалось странно, неясно и пасмурно в глазах Пьера.
Одно за другим свистели ядра и бились в бруствер, в солдат, в пушки. Пьер, прежде не слыхавший этих звуков, теперь только слышал одни эти звуки. Сбоку батареи, справа, с криком «ура» бежали солдаты не вперед, а назад, как показалось Пьеру.
Ядро ударило в самый край вала, перед которым стоял Пьер, ссыпало землю, и в глазах его мелькнул черный мячик, и в то же мгновенье шлепнуло во что то. Ополченцы, вошедшие было на батарею, побежали назад.
– Все картечью! – кричал офицер.
Унтер офицер подбежал к старшему офицеру и испуганным шепотом (как за обедом докладывает дворецкий хозяину, что нет больше требуемого вина) сказал, что зарядов больше не было.
– Разбойники, что делают! – закричал офицер, оборачиваясь к Пьеру. Лицо старшего офицера было красно и потно, нахмуренные глаза блестели. – Беги к резервам, приводи ящики! – крикнул он, сердито обходя взглядом Пьера и обращаясь к своему солдату.
– Я пойду, – сказал Пьер. Офицер, не отвечая ему, большими шагами пошел в другую сторону.
– Не стрелять… Выжидай! – кричал он.
Солдат, которому приказано было идти за зарядами, столкнулся с Пьером.
– Эх, барин, не место тебе тут, – сказал он и побежал вниз. Пьер побежал за солдатом, обходя то место, на котором сидел молоденький офицерик.
Одно, другое, третье ядро пролетало над ним, ударялось впереди, с боков, сзади. Пьер сбежал вниз. «Куда я?» – вдруг вспомнил он, уже подбегая к зеленым ящикам. Он остановился в нерешительности, идти ему назад или вперед. Вдруг страшный толчок откинул его назад, на землю. В то же мгновенье блеск большого огня осветил его, и в то же мгновенье раздался оглушающий, зазвеневший в ушах гром, треск и свист.
Пьер, очнувшись, сидел на заду, опираясь руками о землю; ящика, около которого он был, не было; только валялись зеленые обожженные доски и тряпки на выжженной траве, и лошадь, трепля обломками оглобель, проскакала от него, а другая, так же как и сам Пьер, лежала на земле и пронзительно, протяжно визжала.
Пьер, не помня себя от страха, вскочил и побежал назад на батарею, как на единственное убежище от всех ужасов, окружавших его.
В то время как Пьер входил в окоп, он заметил, что на батарее выстрелов не слышно было, но какие то люди что то делали там. Пьер не успел понять того, какие это были люди. Он увидел старшего полковника, задом к нему лежащего на валу, как будто рассматривающего что то внизу, и видел одного, замеченного им, солдата, который, прорываясь вперед от людей, державших его за руку, кричал: «Братцы!» – и видел еще что то странное.
Но он не успел еще сообразить того, что полковник был убит, что кричавший «братцы!» был пленный, что в глазах его был заколон штыком в спину другой солдат. Едва он вбежал в окоп, как худощавый, желтый, с потным лицом человек в синем мундире, со шпагой в руке, набежал на него, крича что то. Пьер, инстинктивно обороняясь от толчка, так как они, не видав, разбежались друг против друга, выставил руки и схватил этого человека (это был французский офицер) одной рукой за плечо, другой за гордо. Офицер, выпустив шпагу, схватил Пьера за шиворот.
Несколько секунд они оба испуганными глазами смотрели на чуждые друг другу лица, и оба были в недоумении о том, что они сделали и что им делать. «Я ли взят в плен или он взят в плен мною? – думал каждый из них. Но, очевидно, французский офицер более склонялся к мысли, что в плен взят он, потому что сильная рука Пьера, движимая невольным страхом, все крепче и крепче сжимала его горло. Француз что то хотел сказать, как вдруг над самой головой их низко и страшно просвистело ядро, и Пьеру показалось, что голова французского офицера оторвана: так быстро он согнул ее.
Пьер тоже нагнул голову и отпустил руки. Не думая более о том, кто кого взял в плен, француз побежал назад на батарею, а Пьер под гору, спотыкаясь на убитых и раненых, которые, казалось ему, ловят его за ноги. Но не успел он сойти вниз, как навстречу ему показались плотные толпы бегущих русских солдат, которые, падая, спотыкаясь и крича, весело и бурно бежали на батарею. (Это была та атака, которую себе приписывал Ермолов, говоря, что только его храбрости и счастью возможно было сделать этот подвиг, и та атака, в которой он будто бы кидал на курган Георгиевские кресты, бывшие у него в кармане.)
Французы, занявшие батарею, побежали. Наши войска с криками «ура» так далеко за батарею прогнали французов, что трудно было остановить их.
С батареи свезли пленных, в том числе раненого французского генерала, которого окружили офицеры. Толпы раненых, знакомых и незнакомых Пьеру, русских и французов, с изуродованными страданием лицами, шли, ползли и на носилках неслись с батареи. Пьер вошел на курган, где он провел более часа времени, и из того семейного кружка, который принял его к себе, он не нашел никого. Много было тут мертвых, незнакомых ему. Но некоторых он узнал. Молоденький офицерик сидел, все так же свернувшись, у края вала, в луже крови. Краснорожий солдат еще дергался, но его не убирали.
Пьер побежал вниз.
«Нет, теперь они оставят это, теперь они ужаснутся того, что они сделали!» – думал Пьер, бесцельно направляясь за толпами носилок, двигавшихся с поля сражения.
Но солнце, застилаемое дымом, стояло еще высоко, и впереди, и в особенности налево у Семеновского, кипело что то в дыму, и гул выстрелов, стрельба и канонада не только не ослабевали, но усиливались до отчаянности, как человек, который, надрываясь, кричит из последних сил.
Главное действие Бородинского сражения произошло на пространстве тысячи сажен между Бородиным и флешами Багратиона. (Вне этого пространства с одной стороны была сделана русскими в половине дня демонстрация кавалерией Уварова, с другой стороны, за Утицей, было столкновение Понятовского с Тучковым; но это были два отдельные и слабые действия в сравнении с тем, что происходило в середине поля сражения.) На поле между Бородиным и флешами, у леса, на открытом и видном с обеих сторон протяжении, произошло главное действие сражения, самым простым, бесхитростным образом.
Сражение началось канонадой с обеих сторон из нескольких сотен орудий.
Потом, когда дым застлал все поле, в этом дыму двинулись (со стороны французов) справа две дивизии, Дессе и Компана, на флеши, и слева полки вице короля на Бородино.
От Шевардинского редута, на котором стоял Наполеон, флеши находились на расстоянии версты, а Бородино более чем в двух верстах расстояния по прямой линии, и поэтому Наполеон не мог видеть того, что происходило там, тем более что дым, сливаясь с туманом, скрывал всю местность. Солдаты дивизии Дессе, направленные на флеши, были видны только до тех пор, пока они не спустились под овраг, отделявший их от флеш. Как скоро они спустились в овраг, дым выстрелов орудийных и ружейных на флешах стал так густ, что застлал весь подъем той стороны оврага. Сквозь дым мелькало там что то черное – вероятно, люди, и иногда блеск штыков. Но двигались ли они или стояли, были ли это французы или русские, нельзя было видеть с Шевардинского редута.
Солнце взошло светло и било косыми лучами прямо в лицо Наполеона, смотревшего из под руки на флеши. Дым стлался перед флешами, и то казалось, что дым двигался, то казалось, что войска двигались. Слышны были иногда из за выстрелов крики людей, но нельзя было знать, что они там делали.
Наполеон, стоя на кургане, смотрел в трубу, и в маленький круг трубы он видел дым и людей, иногда своих, иногда русских; но где было то, что он видел, он не знал, когда смотрел опять простым глазом.
Он сошел с кургана и стал взад и вперед ходить перед ним.
Изредка он останавливался, прислушивался к выстрелам и вглядывался в поле сражения.
Не только с того места внизу, где он стоял, не только с кургана, на котором стояли теперь некоторые его генералы, но и с самых флешей, на которых находились теперь вместе и попеременно то русские, то французские, мертвые, раненые и живые, испуганные или обезумевшие солдаты, нельзя было понять того, что делалось на этом месте. В продолжение нескольких часов на этом месте, среди неумолкаемой стрельбы, ружейной и пушечной, то появлялись одни русские, то одни французские, то пехотные, то кавалерийские солдаты; появлялись, падали, стреляли, сталкивались, не зная, что делать друг с другом, кричали и бежали назад.
С поля сражения беспрестанно прискакивали к Наполеону его посланные адъютанты и ординарцы его маршалов с докладами о ходе дела; но все эти доклады были ложны: и потому, что в жару сражения невозможно сказать, что происходит в данную минуту, и потому, что многие адъютапты не доезжали до настоящего места сражения, а передавали то, что они слышали от других; и еще потому, что пока проезжал адъютант те две три версты, которые отделяли его от Наполеона, обстоятельства изменялись и известие, которое он вез, уже становилось неверно. Так от вице короля прискакал адъютант с известием, что Бородино занято и мост на Колоче в руках французов. Адъютант спрашивал у Наполеона, прикажет ли он пореходить войскам? Наполеон приказал выстроиться на той стороне и ждать; но не только в то время как Наполеон отдавал это приказание, но даже когда адъютант только что отъехал от Бородина, мост уже был отбит и сожжен русскими, в той самой схватке, в которой участвовал Пьер в самом начале сраженья.
Зоны субдукции и их выражение в рельефе
Всего насчитывается 22 зоны субдукции. В рельефе зоны субдукции имеют асимметричное строение. Эту асимметрию предопределяет сам способ конвергентного взаимодействия литосферных плит. Линия активного контакта литосферных плит отчетливо выражается глубоководными желобами, глубина которых находится в прямой зависимости от скорости субдукции и средней плотности литосферных плит. Максимальная глубина глубоководного желоба – Марианская впадина, средняя глубина глубоководных желобов составляет около 400м, ширина не превышает 50-100км, протяженность несколько десятков тысяч километров.
Глубоководные желоба дугообразно выгнуты выпуклостью навстречу субдуцирующей плите. Профиль глубоководных желобов всегда асимметричен. Субдуцирующее крыло имеет уклон 5 градусов, а висячее крыло имеет уклон 10-20градусов. На обрамлении глубоководных желобов со стороны океана располагаются пологие краевые валы, которые возвышаются над ложем океана на 200-1000м. С противоположной стороны над висячим крылом зоны субдукции параллельно глубоководному желобу протягиваются высокие хребты или подводные гряды. Если субдукция направляется непосредственно под окраину континента, то образуется береговой хребет. Там, где зона субдукции не находится на краю континента, образуются островные дуги.
Основная масса зон субдукций связана с тихоокеанским поясом современной тектонической активности. Различают два главных тектонических типа зон субдукции:
1) окраинно-материковый (андский);
2) океанский тип (мореанский).
Окраинно-материковый тип формируется там, где океанская литосфера субдуцирует под континент. Данный тип субдукции делится на три тектонотипа: андский, зондский и японский.
Андская зона субдукции является самой протяженной (порядка 8 тыс. км), для нее характерны пологая субдукция молодой океанской литосферы, господство сжимающих напряжений и горообразование на континентальном крыле.
В субдукции зон андского типа последовательно выделяют краевой вал (1), глубоководный желоб (2), береговой уступ (3), преддуговой (фронтальный) прогиб (4), островная дуга (5), тыловая система (6).
Краевой вал (1), глубоководный желоб (2), береговой уступ (3), пруддуговой прогиб (4), вулканическая островная дуга (5), горообразовательные процессы (6).
Зондский тип зон субдукции отличается от андского отсутствием напряжений, что делает возможным утончение континентальной коры. В зондском типе под континентальную кору субдуцирует более древняя океанская коры и угол ухода океанской коры больше, чем в андском типе.
Японский тип зон субдукции отличается от остальных типов наличием краевого морского бассейна с новообразованной корой океанского и субокеанского типа. Этот тип субдукции перекрыт морем. В перекрытых морем окраинно-материковых зонах (зондский тип и японский тип) сохраняется та же последовательность структурных элементов, однако все они, за исключением краевого вала и глубоководного желоба немногожко отличаются от андских элементов и поэтому обозначаются другими названиями. Начиная от глубоководного желоба идут невулканическая островная дуга, преддуговой прогиб, вулканическая островная дуга и задуговой прогиб (окраинное море).
Мореанский тип субдукции формируется при взаимодействии двух участков океанской литосферы. При образовании зоны субдукции данного типа более древняя океанская литосфера субдуцирует под более молодую океанскую литосферу. В результате на краю молодой океанской литосферы образуется n-симматическая островная дуга.
Краевой вал (1), глубоководный желоб (2), невулканическая островная дуга (3), прогиб (4), вулканическая островная дуга (5), тыловая система деформаций (6), остаточные островные дуги (7), отмирающий междуговой бассейн (8).
Совсем по-другому протекают процессы там, где на конвергентной границе с обеих сторон подходит континентальная листосфера. Она включается в себя мощную и низкоплотную земную кору, поэтому дивергенция развивается в этих местах как столкновение литосферных плит, сопровождающихся расслаиванием и сложной деформацией в верхней части литосферы. Некоторые ученые рассматривают данный вид взаимодействия как особый тип субдукции. Данный тип субдукции называют альпинотипным типом субдукции или асубдукцией.
Асубдукция развивается в тылу окраинно-материковых сооружений, где субдуцирующаяся со стороны океана литосфера способна оказать давление на континент, в результате которой порождаются взбросы, надвиги, которые направлены от океанов.
