Глубокофокусное землетрясение
Поперечное сечение сейсмичности через часть зоны субдукции Курильских островов . Произошло много глубоких землетрясений.

Глубокофокусное землетрясение в сейсмологии (также называемое плутоническим землетрясением) — это землетрясение с глубиной гипоцентра , превышающей 300 км. Они происходят почти исключительно на конвергентных границах в связи с субдуцированной океанической литосферой . Они происходят вдоль наклонной пластинчатой ​​зоны под зоной субдукции, известной как зона Вадати-Бениоффа . [1]

Открытие

Предварительные доказательства существования глубокофокусных землетрясений были впервые представлены вниманию научного сообщества в 1922 году Гербертом Холлом Тернером . [2] В 1928 году Кию Вадати доказал существование землетрясений, происходящих глубоко под литосферой, развеяв представление о том, что землетрясения происходят только с небольшой глубиной очага. [3]

Сейсмические характеристики

Глубокофокусные землетрясения приводят к возникновению минимальных поверхностных волн . [3] Глубина их очага приводит к тому, что землетрясения с меньшей вероятностью производят сейсмические волновые движения с энергией, сконцентрированной на поверхности. Путь сейсмических волн глубокофокусных землетрясений от очага до станции регистрации проходит через неоднородную верхнюю мантию и сильно изменчивую кору только один раз. [3] Поэтому объемные волны испытывают меньшее затухание и реверберацию, чем сейсмические волны от неглубоких землетрясений, что приводит к острым пикам объемных волн.

Фокальные механизмы

Модель излучения энергии землетрясения представлена ​​решением тензора момента , которое графически представлено диаграммами пляжного мяча. Взрывной или имплозивный механизм создает изотропный сейсмический источник. Скольжение на плоской поверхности разлома приводит к образованию источника с двойной парой. Равномерное внешнее движение в одной плоскости из-за нормального сокращения известно как компенсированный линейный векторный дипольный источник . [3] Было показано, что глубокофокусные землетрясения содержат комбинацию этих источников. Фокальные механизмы глубокофокусных землетрясений зависят от их положения в погружающихся тектонических плитах. На глубинах более 400 км доминирует сжатие по падению, тогда как на глубинах 250–300 км (также соответствующих минимуму в числе землетрясений по сравнению с глубиной) режим напряжений более неоднозначен, но ближе к растяжению по падению. [4] [5]

Физический процесс

Мелкофокусные землетрясения являются результатом внезапного высвобождения энергии деформации, накопленной с течением времени в горной породе за счет хрупкого разрушения и фрикционного скольжения по плоским поверхностям. [6] Однако физический механизм глубокофокусных землетрясений изучен плохо. Субдуцированная литосфера, подверженная давлению и температурному режиму на глубинах более 300 км, не должна демонстрировать хрупкое поведение, а должна скорее реагировать на напряжение пластической деформацией . [3] Было предложено несколько физических механизмов для зарождения и распространения глубокофокусных землетрясений; однако точный процесс остается нерешенной проблемой в области глубокоземной сейсмологии.

В следующих четырех подразделах излагаются предложения, которые могли бы объяснить физический механизм, позволяющий возникать глубокофокусным землетрясениям. За исключением фазовых переходов твердое тело-твердое тело , предлагаемые теории для фокального механизма глубоких землетрясений имеют равноправную основу в современной научной литературе.

Фазовые переходы твердое тело-твердое тело

Самый ранний предложенный механизм для возникновения глубокофокусных землетрясений - это имплозия из-за фазового перехода материала в фазу с более высокой плотностью и меньшим объемом. [3] Считается, что фазовый переход оливин - шпинель происходит на глубине 410 км в недрах Земли. Эта гипотеза предполагает, что метастабильный оливин в океанической литосфере, погруженной на глубины более 410 км, претерпевает внезапный фазовый переход в структуру шпинели. Увеличение плотности из-за реакции может вызвать имплозию, приводящую к землетрясению. Этот механизм был в значительной степени дискредитирован из-за отсутствия значительной изотропной сигнатуры в решении тензора момента глубокофокусных землетрясений. [1]

Охрупчивание при дегидратации

Реакции дегидратации минеральных фаз с высоким содержанием воды увеличат поровое давление в субдуцированной океанической литосфере. Увеличение порового давления объясняется высвобождением жидкостей in-situ внутри породы, что повышает ее общее давление. [7] Этот эффект снижает эффективное нормальное напряжение в плите и позволяет скольжению происходить по уже существующим плоскостям разломов на значительно больших глубинах, чем это было бы возможно в обычных условиях. [1] Несколько исследователей [ кто? ] предполагают, что этот механизм не играет существенной роли в сейсмической активности за пределами глубины 350 км из-за того, что большинство реакций дегидратации завершатся при давлении, соответствующем глубинам 150–300 км (5–10 ГПа). [1]

Трансформационный разлом или антитрещинный разлом

Трансформационный разлом, также известный как антитрещинный разлом, является результатом фазового перехода минерала в фазу с более высокой плотностью, происходящего в ответ на сдвиговое напряжение в мелкозернистой сдвиговой зоне. Трансформация происходит вдоль плоскости максимального сдвигового напряжения. Затем может произойти быстрый сдвиг вдоль этих плоскостей слабости, что приводит к землетрясению по механизму, аналогичному мелкофокусному землетрясению. Метастабильный оливин, субдуцированный за пределами перехода оливин- вадслеит на глубине 320–410 км (в зависимости от температуры), является потенциальным кандидатом на такую ​​нестабильность. [3] Аргументы против этой гипотезы включают требования, что область разлома должна быть очень холодной и содержать очень мало гидроксила, связанного с минералом. Более высокие температуры или более высокое содержание гидроксила исключают метастабильную сохранность оливина до глубин самых глубоких землетрясений.

Неустойчивость сдвига/тепловой разгон

Сдвиговая неустойчивость возникает, когда тепло вырабатывается пластической деформацией быстрее, чем оно может быть отведено. Результатом является тепловой разгон , положительная обратная связь нагрева, ослабления материала и локализации деформации в зоне сдвига. [3] Продолжающееся ослабление может привести к частичному плавлению вдоль зон максимального напряжения сдвига. Пластическая сдвиговая неустойчивость, приводящая к землетрясениям, не была задокументирована в природе и не наблюдалась в природных материалах в лабораторных условиях. Поэтому их значимость для глубоких землетрясений заключается в математических моделях, которые используют упрощенные свойства материалов и реологии для имитации естественных условий.

Зоны глубокофокусных землетрясений

Основные зоны

Восточная Азия / Западная часть Тихого океана

На границе Тихоокеанской плиты и плит Охотского и Филиппинского морей находится один из самых активных регионов глубокофокусных землетрясений в мире, создающий множество крупных землетрясений, включая землетрясение в Охотском море магнитудой 8,3 2013 года .   Как и во многих других местах, землетрясения в этом регионе вызваны внутренними напряжениями на субдуцированной Тихоокеанской плите, поскольку она вдавливается глубже в мантию.

Филиппины

Зона субдукции занимает большую часть границы плиты Филиппинского моря и плиты Зонда , разлом частично ответственен за поднятие Филиппин . Самые глубокие участки плиты Филиппинского моря вызывают землетрясения на глубине до 675 километров (419 миль) под поверхностью. [8] Известные глубокофокусные землетрясения в этом регионе включают землетрясение магнитудой M w   7.7 в 1972 году и землетрясения M w   7.6, 7.5 и 7.3 в 2010 году на острове Минданао .

Индонезия

Австралийская плита погружается под плиту Зонда , вызывая поднятие большей части южной Индонезии , а также землетрясения на глубине до 675 километров (419 миль). [9] Известные глубокофокусные землетрясения в этом регионе включают землетрясение магнитудой 7,9   в 1996 году и землетрясение магнитудой 7,5   в 2007 году.

Папуа-Новая Гвинея/Фиджи/Новая Зеландия

Самая активная зона глубокого фокусного разлома в мире — это зона, вызванная субдукцией Тихоокеанской плиты под Австралийскую плиту , плиту Тонга и плиту Кермадек . Землетрясения были зарегистрированы на глубине более 735 километров (457 миль), [10] самой глубокой на планете. Большая область субдукции приводит к широкой полосе глубокофокусных землетрясений с центром от Папуа-Новой Гвинеи до Фиджи и Новой Зеландии , хотя угол столкновения плит приводит к тому, что область между Фиджи и Новой Зеландией является наиболее активной, с землетрясениями магнитудой 4,0   и выше, происходящими почти ежедневно. [11] Известные глубокофокусные землетрясения в этом регионе включают землетрясение магнитудой 8,2   и 7,9 в 2018 году и землетрясение магнитудой   7,8 в 1919 году.

Анды

Субдукция плиты Наска под Южноамериканскую плиту , в дополнение к созданию горной цепи Анд , также создала ряд глубоких разломов под поверхностью Колумбии , Перу , Бразилии , Боливии , Аргентины и даже на востоке Парагвая . [12] Землетрясения часто происходят в регионе на глубине до 670 километров (420 миль) под поверхностью. [13] Здесь произошло несколько крупных землетрясений, включая землетрясение M w   8.2 1994 года в Боливии (глубина 631 км), землетрясение M w   8.0 1970 года в Колумбии (глубина 645 км) и землетрясение M w   7.9 1922 года в Перу (глубина 475 км).

Малые зоны

Гранада, Испания

Примерно в 600–630 километрах (370–390 миль) под городом Гранада на юге Испании в современной истории было зафиксировано несколько крупных землетрясений, в том числе землетрясение магнитудой   7,8 в 1954 году [14] и землетрясение магнитудой   6,3 в 2010 году. Точная причина землетрясений остается неизвестной. [15]

Тирренское море

Тирренское море к западу от Италии является местом большого количества глубокофокусных землетрясений на глубине до 520 километров (320 миль) под поверхностью. [16] Однако в регионе на глубине менее 100 километров (62 миль) происходит очень мало землетрясений, большинство из которых происходят на глубине около 250–300 километров (160–190 миль). Из-за отсутствия неглубоких землетрясений считается, что разлом возник из древней зоны субдукции, которая начала субдукцию менее 15 миллионов лет назад и в основном закончила около 10 миллионов лет назад, больше не видимой на поверхности. [17] Из-за рассчитанной скорости субдукции причиной субдукции, вероятно, было внутреннее напряжение на Евразийской плите , а не столкновение Африканской и Евразийской плит , причина современной субдукции для близлежащих Эгейского моря и Анатолийских микроплит.

Афганистан

На северо-востоке Афганистана время от времени происходят несколько глубокофокусных землетрясений средней интенсивности с глубиной до 400 километров (250 миль). [18] Они вызваны столкновением и субдукцией Индийской плиты под Евразийскую плиту , самые глубокие землетрясения сосредоточены в самых дальних субдуцированных частях плиты. [19]

Южные Сандвичевы острова

Южные Сандвичевы острова между Южной Америкой и Антарктидой являются местом возникновения ряда землетрясений глубиной до 320 километров (200 миль). [20] Они вызваны субдукцией Южноамериканской плиты под Южную Сандвичеву плиту . [21]

Известные глубокофокусные землетрясения

Самым сильным глубокофокусным землетрясением в сейсмической истории было землетрясение магнитудой 8,3 в Охотском море , которое произошло на глубине 609 км (378 миль) в 2013 году. [22] Самым глубоким землетрясением, когда-либо зарегистрированным, было небольшое землетрясение магнитудой 4,2 в Вануату на глубине 735,8 км (457,2 мили) в 2004 году. [23] Однако, хотя это и не подтверждено, было обнаружено, что афтершок землетрясения Огасавара 2015 года произошел на глубине 751 км (467 миль). [24]

Ссылки

  1. ^ abcd Фролих, Клифф (1989). «Природа глубокофокусных землетрясений». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 17 : 227–254 . Bibcode : 1989AREPS..17..227F. doi : 10.1146/annurev.ea.17.050189.001303.
  2. ^ Грин, Гарри В. (995). «Механика глубоких землетрясений». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 23 : 169. doi :10.1146/annurev.earth.23.1.169.
  3. ^ abcdefgh Фролих, Клифф (2006). Глубокие землетрясения . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-82869-7.[ нужна страница ]
  4. ^ Isacks, Bryan; Molnar, Peter (сентябрь 1969). «Механизмы мантийных землетрясений и опускание литосферы». Nature . 223 (5211): 1121– 1124. Bibcode :1969Natur.223.1121I. doi :10.1038/2231121a0. S2CID  4206932.
  5. ^ Vassiliou, MS (июль 1984 г.). «Состояние напряжения в погружающихся плитах, выявленное с помощью землетрясений, проанализированных с помощью инверсии тензора момента». Earth and Planetary Science Letters . 69 (1): 195– 202. Bibcode : 1984E&PSL..69..195V. doi : 10.1016/0012-821X(84)90083-9.
  6. ^ Кири, Филипп; Кит А. Клепеис; Фредерик Дж. Вайн (2013). Глобальная тектоника (3-е изд.). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-68808-3.[ нужна страница ]
  7. ^ Кондит, Кейли Б.; Гевара, Виктор Э.; Дельф, Джонатан Р.; Френч, Мелоди Э. (15.12.2020). «Обезвоживание плит в теплых зонах субдукции на глубинах эпизодического скольжения и дрожания». Earth and Planetary Science Letters . 552 : 116601. doi : 10.1016/j.epsl.2020.116601 . ISSN  0012-821X.
  8. ^ "M 4.8 – Целебесское море". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  9. ^ "M 4.6 – Банда-Си". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  10. ^ "M 4.2 – регион Вануату". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  11. ^ "Latest Earthquakes". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  12. ^ Хейс, Гэвин П.; Смочик, Грегори М.; Бенц, Харли М.; Фурлонг, Кевин П.; Вильясеньор, Антонио (2015). "Сейсмичность Земли 1900-2013, сейсмотектоника Южной Америки (регион плиты Наска)". Отчет в открытом файле . doi :10.3133/ofr20151031E.
  13. ^ "M 3.7 – Acre, Brazil". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  14. ^ "M 7.8 – Пролив Гибралтар". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  15. ^ "An Enigma Deep Beneath Spain". seismo.berkeley.edu . Получено 26 декабря 2019 г. .
  16. ^ "M 3.7 – Тирренское море". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  17. ^ Андерсон, Х.; Джексон, Дж. (1 декабря 1987 г.). «Глубокая сейсмичность Тирренского моря». Geophysical Journal International . 91 (3): 613– 637. Bibcode : 1987GeoJ...91..613A. doi : 10.1111/j.1365-246X.1987.tb01661.x .
  18. ^ "M 5.0 – 4 км SSE от Ашкашама, Афганистан". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  19. ^ «Причина афганского землетрясения — глубокая тайна». National Geographic News . 26 октября 2015 г. Получено 26 декабря 2019 г.
  20. ^ "M 4.3 – 132 км NNW острова Бристоль, Южные Сандвичевы острова". Геологическая служба США . Получено 26 декабря 2019 г.
  21. ^ Vanneste, Lieve E.; Larter, Robert D. (июль 2002 г.). «Субдукция осадков, субдукционная эрозия и режим напряжений в северной части Южно-Сандвичевой дуги». Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 107 (B7): EPM 5-1–EPM 5-24. Bibcode : 2002JGRB..107.2149V. doi : 10.1029/2001JB000396 .
  22. ^ "M8.3 – Охотское море". Геологическая служба США. 2013-05-25 . Получено 2013-05-25 .
  23. ^ "M 4.2 – регион Вануату". Геологическая служба США . Получено 22.01.2018 .
  24. ^ «Самое глубокое землетрясение, когда-либо зарегистрированное, произошло на глубине 467 миль под Японией». National Geographic . 26 октября 2021 г. Получено 13 января 2022 г.
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Глубокофокусное_землетрясение&oldid=1266122534"