Глубокофокусное землетрясение
Глубокофокусное землетрясение в сейсмологии (также называемое плутоническим землетрясением) — землетрясение с глубиной гипоцентра , превышающей 300 км. Они встречаются почти исключительно на конвергентных границах в ассоциации с субдуцированной океанической литосферой . Они встречаются вдоль наклонной табличной зоны под зоной субдукции, известной как зона Вадати-Беньоффа . [1]
Открытие
[ редактировать ]Предварительные доказательства существования глубокофокусных землетрясений впервые были доведены до сведения научного сообщества в 1922 году Гербертом Холлом Тёрнером . [2] В 1928 году Киюо Вадати доказал существование землетрясений, происходящих глубоко под литосферой, развеяв представление о том, что землетрясения происходят только с небольшой глубиной очага. [3]
Сейсмические характеристики
[ редактировать ]Глубокофокусные землетрясения вызывают минимальные поверхностные волны . [3] Глубина их очага снижает вероятность того, что землетрясения будут вызывать движение сейсмических волн , энергия которых концентрируется на поверхности. Путь глубокофокусных сейсмических волн землетрясения от очага до станции регистрации лишь один раз проходит через неоднородную верхнюю мантию и сильно изменчивую кору . [3] Следовательно, объемные волны подвергаются меньшему затуханию и реверберации, чем сейсмические волны от неглубоких землетрясений, что приводит к резким пикам объемных волн.
Фокальные механизмы
[ редактировать ]Картина энергетического излучения землетрясения представлена решением тензора момента , который графически изображается диаграммами пляжного мяча. Взрывной или имплозивный механизм создает изотропный сейсмический источник. Скольжение по плоской поверхности разлома приводит к образованию источника двойной пары. Равномерное движение наружу в одной плоскости из-за нормального укорочения известно как компенсированный линейный векторный дипольный источник. [3] Было показано, что глубокофокусные землетрясения содержат комбинацию этих источников. Механизмы очагов глубокофокусных землетрясений зависят от их положения в погружающихся тектонических плитах. На глубинах более 400 км преобладает сжатие вниз по падению, а на глубинах 250-300 км (что также соответствует минимуму зависимости числа землетрясений от глубины) режим напряжений более неоднозначен, но ближе к растяжению вниз по падению. [4] [5]
Физический процесс
[ редактировать ]Землетрясения с мелким очагом являются результатом внезапного высвобождения энергии деформации, накопленной с течением времени в горных породах в результате хрупкого разрушения и фрикционного скольжения по плоским поверхностям. [6] Однако физический механизм глубокофокусных землетрясений изучен недостаточно. Субдуцированная литосфера, подверженная давлению и температурному режиму на глубинах более 300 км, не должна проявлять хрупкое поведение, а скорее должна реагировать на напряжение пластической деформацией . [3] Было предложено несколько физических механизмов возникновения и распространения глубокофокусных землетрясений; однако точный процесс остается нерешенной проблемой в области глубоководной сейсмологии.
В следующих четырех подразделах изложены предложения, которые могли бы объяснить физический механизм возникновения глубоких землетрясений. За исключением фазовых переходов твердое тело-твердое тело , предложенные теории механизма очага глубоких землетрясений имеют равное положение в современной научной литературе.
Фазовые переходы твердое-твердое тело
[ редактировать ]Самым ранним предложенным механизмом генерации глубокофокусных землетрясений является имплозия вследствие 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, погруженный на глубины более 410 км, претерпевает внезапный фазовый переход в структуру шпинели. Увеличение плотности в результате реакции вызовет взрыв, который приведет к землетрясению. Этот механизм был в значительной степени дискредитирован из-за отсутствия существенной изотропной сигнатуры в решении тензора момента глубокофокусных землетрясений. [1]
Дегидратационная хрупкость
[ редактировать ]Реакции дегидратации минеральных фаз с высоким содержанием воды могут привести к увеличению порового давления в субдуцированной плите океанической литосферы. Этот эффект снижает эффективное нормальное напряжение в плите и позволяет происходить скольжению по уже существовавшим плоскостям разломов на значительно большей глубине, чем это обычно возможно. [1] Несколько рабочих [ ВОЗ? ] предполагают, что этот механизм не играет существенной роли в сейсмической активности за пределами глубины 350 км в связи с тем, что большинство реакций дегидратации завершатся при давлении, соответствующем глубинам 150-300 км (5-10 ГПа). [1]
Трансформационные разломы или антитрещинные разломы
[ редактировать ]Трансформационные разломы, также известные как антитрещинные разломы, являются результатом фазового перехода минерала в фазу с более высокой плотностью, происходящего в ответ на напряжение сдвига в мелкозернистой зоне сдвига. Преобразование происходит вдоль плоскости максимального касательного напряжения. Затем вдоль этих плоскостей ослабления может произойти быстрый сдвиг, вызывающий землетрясение по механизму, подобному землетрясению с неглубоким очагом. Метастабильный оливин, субдуцированный за переходом оливин- вадслеит на глубине 320-410 км (в зависимости от температуры), является потенциальным кандидатом на роль таких нестабильностей. [3] Аргументы против этой гипотезы включают требования о том, что область разлома должна быть очень холодной и содержать очень мало связанного с минералами гидроксила. Более высокие температуры или более высокое содержание гидроксилов исключают метастабильное сохранение оливина до глубин глубочайших землетрясений.
Сдвиговая нестабильность/тепловой разгон
[ редактировать ]Сдвиговая неустойчивость возникает, когда в результате пластической деформации тепло выделяется быстрее, чем оно может быть отведено. Результатом является тепловой разгон , петля положительной обратной связи нагрева, ослабление материала и локализация деформации в зоне сдвига. [3] Продолжение ослабления может привести к частичному плавлению в зонах максимального напряжения сдвига. Неустойчивости пластического сдвига, приводящие к землетрясениям, не были зарегистрированы в природе и не наблюдались в природных материалах в лаборатории. Таким образом, их актуальность для глубоких землетрясений заключается в математических моделях, которые используют упрощенные свойства материалов и реологии для моделирования природных условий.
Зоны глубокого землетрясения
[ редактировать ]Основные зоны
[ редактировать ]Восточная Азия/Западная часть Тихого океана
[ редактировать ]На границе Тихоокеанской плиты и плит Охотского и Филиппинского морей находится один из наиболее активных регионов глубоких землетрясений в мире, вызывающий множество крупных землетрясений, включая магнитудой 8,3 землетрясение в Охотском море в 2013 году . Как и во многих других местах, землетрясения в этом регионе вызваны внутренними напряжениями на погружающейся Тихоокеанской плите, когда она погружается глубже в мантию.
Филиппины
[ редактировать ]Зона субдукции занимает большую часть границы плит Филиппинского моря и плиты Сунда , причем разлом частично ответственен за поднятие Филиппин . Самые глубокие участки Филиппинской морской плиты вызывают землетрясения на глубине до 675 километров (419 миль) под поверхностью. [7] Известные глубокофокусные землетрясения в этом регионе включают землетрясение силой 7,7 балла в 1972 году и землетрясения силой 7,6, 7,5 и 7,3 балла на Минданао в 2010 году .
Индонезия
[ редактировать ]Австралийская плита погружается под плиту Сунда , создавая поднятие над большей частью южной Индонезии , а также землетрясения на глубинах до 675 километров (419 миль). [8] Известные глубокие землетрясения в этом регионе включают землетрясение силой 7,9 балла в 1996 году и землетрясение силой 7,5 балла в 2007 году.
Папуа-Новая Гвинея/Фиджи/Новая Зеландия
[ редактировать ]Безусловно, самая активная зона глубокого разлома в мире вызвана погружением Тихоокеанской плиты под Австралийскую плиту , плиту Тонга и плиту Кермадек . Землетрясения были зафиксированы на глубине более 735 километров (457 миль). [9] самый глубокий на планете. Большая область субдукции приводит к образованию широкой полосы глубокофокусных землетрясений с центром от Папуа-Новой Гвинеи до Фиджи и Новой Зеландии , хотя угол столкновения плит делает область между Фиджи и Новой Зеландией наиболее активной, где происходят землетрясения. M w 4,0 или выше происходит почти ежедневно. [10] Известные глубокие землетрясения в этом регионе включают землетрясение силой 8,2 и 7,9 баллов в 2018 году и землетрясение силой 7,8 баллов в 1919 году.
Анды
[ редактировать ]Субдукция плиты Наска под Южно-Американскую плиту , помимо создания горного хребта Анд , также создала ряд глубоких разломов под поверхностью Колумбии , Перу , Бразилии , Боливии , Аргентины и даже на таком дальнем востоке, как Парагвай. . [11] Землетрясения часто происходят в регионе на глубине до 670 километров (420 миль) под поверхностью. [12] Здесь произошло несколько крупных землетрясений, в том числе ( глубина землетрясение в Боливии с магнитудой 8,2 в 1994 году 631 км), с магнитудой 8,0 землетрясение в Колумбии в 1970 году (глубина 645 км) и землетрясение в Перу в 1922 году с магнитудой 8,0 (глубина 475 км).
Второстепенные зоны
[ редактировать ]Гранада, Испания
[ редактировать ]Примерно в 600–630 километрах (370–390 миль) под городом Гранада на юге Испании в современной истории было зарегистрировано несколько сильных землетрясений, в частности землетрясение силой 7,8 балла в 1954 году. [13] и землетрясение силой 6,3 балла в 2010 году. Точная причина землетрясений остается неизвестной. [14]
Тирренское море
[ редактировать ]В Тирренском море к западу от Италии происходит большое количество глубоких землетрясений на глубине до 520 километров (320 миль) под поверхностью. [15] Однако в регионе на глубине менее 100 километров (62 миль) происходит очень мало землетрясений, большинство из которых происходит на глубине около 250–300 километров (160–190 миль). Из-за отсутствия неглубоких землетрясений считается, что разломы возникли в древней зоне субдукции, которая начала субдукцию менее 15 миллионов лет назад и в основном завершилась около 10 миллионов лет назад и больше не видна на поверхности. [16] Из-за рассчитанной скорости субдукции причиной субдукции, вероятно, было внутреннее напряжение на Евразийской плите , а не столкновение Африканской и Евразийской плит , причина современной субдукции близлежащего Эгейского моря и Анатолийской микроплиты. .
Афганистан
[ редактировать ]На северо-востоке Афганистана время от времени происходит ряд глубоких землетрясений средней интенсивности и глубиной до 400 километров (250 миль). [17] Они вызваны столкновением и субдукцией Индийской плиты под Евразийскую плиту , при этом самые глубокие землетрясения происходят в наиболее глубоко погруженных частях плиты. [18]
Южные Сандвичевы острова
[ редактировать ]На Южных Сандвичевых островах между Южной Америкой и Антарктидой происходит ряд землетрясений глубиной до 320 километров (200 миль). [19] Они вызваны субдукцией Южно-Американской плиты под Южно-Сэндвичевую плиту . [20]
Заметные глубокие землетрясения
[ редактировать ]Самым сильным глубокофокусным землетрясением в сейсмических данных было землетрясение магнитудой 8,3 в Охотском море , которое произошло на глубине 609 км (378 миль) в 2013 году. [21] Самым глубоким землетрясением, когда-либо зарегистрированным, было небольшое землетрясение силой 4,2 балла в Вануату на глубине 735,8 км (457,2 мили) в 2004 году. [22] Однако, хотя это и не подтверждено, было обнаружено, что афтершок землетрясения Огасавара 2015 года произошел на глубине 751 км (467 миль). [23]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Фролич, Клифф (1989). «Природа глубокофокусных землетрясений». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 17 : 227–254. Бибкод : 1989AREPS..17..227F . doi : 10.1146/annurev.ea.17.050189.001303 .
- ^ Грин, Гарри В. (995). «Механика глубоких землетрясений». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 23 : 169. doi : 10.1146/annurev.earth.23.1.169 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Фрелих, Клифф (2006). Глубокие землетрясения . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-82869-7 . [ нужна страница ]
- ^ Айзакс, Брайан; Мольнар, Питер (сентябрь 1969 г.). «Механизмы мантийных землетрясений и опускание литосферы». Природа . 223 (5211): 1121–1124. Бибкод : 1969Natur.223.1121I . дои : 10.1038/2231121a0 . S2CID 4206932 .
- ^ Василиу, MS (июль 1984 г.). «Напряженное состояние погружающихся плит, выявленное в результате землетрясений, проанализированное с помощью инверсии тензора момента». Письма о Земле и планетологии . 69 (1): 195–202. Бибкод : 1984E&PSL..69..195В . дои : 10.1016/0012-821X(84)90083-9 .
- ^ Кири, Филип; Кейт А. Клепейс; Фредерик Дж. Вайн (2013). Глобальная тектоника (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-1-118-68808-3 . [ нужна страница ]
- ^ «М 4.8 — Море Целебеса» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «М 4.6 — Море Банда» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «М 4.2 — регион Вануату» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «Последние землетрясения» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ Хейс, Гэвин П.; Смоцик, Грегори М.; Бенц, Харли М.; Ферлонг, Кевин П.; Вильясеньор, Антонио (2015). «Сейсмичность Земли 1900-2013 гг., сейсмотектоника Южной Америки (регион плиты Наска)». Отчет об открытом файле . дои : 10.3133/ofr20151031E .
- ^ «М 3,7 — Акко, Бразилия» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «М 7.8 — Гибралтарский пролив» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «Загадка глубоко под Испанией» . seismo.berkeley.edu . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «М 3,7 — Тирренское море» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ Андерсон, Х.; Джексон, Дж. (1 декабря 1987 г.). «Глубинная сейсмичность Тирренского моря» . Международный геофизический журнал . 91 (3): 613–637. Бибкод : 1987GeoJ...91..613A . дои : 10.1111/j.1365-246X.1987.tb01661.x .
- ^ «М 5,0 – 4 км к юго-юго-востоку от Ашкашама, Афганистан» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «Причина землетрясения в Афганистане — глубокая загадка» . Национальные географические новости . 26 октября 2015 г. Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ «М 4,3 – 132 км к северо-северо-западу от острова Бристоль, Южные Сандвичевы острова» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 г.
- ^ Ваннесте, Лив Э.; Лартер, Роберт Д. (июль 2002 г.). «Субдукция отложений, субдукционная эрозия и режим деформации в северной части предгорной дуги Южного Сэндвича» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 107 (B7): EPM 5-1 – EPM 5-24. Бибкод : 2002JGRB..107.2149V . дои : 10.1029/2001JB000396 .
- ^ «М8.3 — Охотское море» . Геологическая служба США. 25 мая 2013 г. Проверено 25 мая 2013 г.
- ^ «М 4.2 — регион Вануату» . Землетрясение.usgs.gov . Проверено 22 января 2018 г.
- ^ «Самое глубокое землетрясение, когда-либо обнаруженное, произошло на глубине 467 миль под Японией» . Нэшнл Географик . 26 октября 2021 г. . Проверено 13 января 2022 г.