Задуговой бассейн

Разрез мелководной части зоны субдукции, показывающий взаимное расположение активной магматической дуги и задугового бассейна, например, южной части Идзу-Бонин-Марианской дуги .

Задуговой бассейн — это тип геологического бассейна , обнаруженный на границах некоторых сходящихся плит . В настоящее время все задуговые бассейны представляют собой подводные образования, связанные с островными дугами и зонами субдукции , многие из которых находятся в западной части Тихого океана . Большинство из них возникают в результате сил растяжения , вызванных процессом, известным как откат океанического желоба , когда зона субдукции движется к погружающейся плите. Задуговые бассейны изначально были неожиданным явлением в тектонике плит , поскольку ожидалось, что сходящиеся границы повсеместно будут зонами сжатия. Однако в 1970 году Дэн Кариг опубликовал модель задуговых бассейнов, соответствующую тектонике плит.

Эскиз поперечного сечения, показывающий развитие задугового бассейна путем продольного рифтирования дуги. Разлом созревает до точки расширения морского дна, позволяя новой магматической дуге сформироваться на обращенной к желобу стороне бассейна (справа на этом изображении) и образуя остаточную дугу на дальней стороне бассейна (слева на этом изображении). изображение).

Структурные характеристики

Задуговые бассейны обычно очень длинные и относительно узкие, часто длиной в тысячи километров, а шириной максимум несколько сотен километров. Для формирования задугового расширения необходима зона субдукции, но не все зоны субдукции имеют особенность задугового расширения. Задуговые бассейны встречаются в районах, где погружающаяся плита океанической коры очень древняя. Ограниченная ширина задуговых бассейнов обусловлена ​​магматической активностью, зависящей от воды и вызванной мантийной конвекцией, что ограничивает их формирование вдоль зон субдукции. Скорость распространения варьируется от нескольких сантиметров в год (как в Марианской впадине ) до 15 см/год в бассейне Лау . Распространяющиеся хребты внутри котловин извергают базальты , подобные тем, которые извергались из срединно-океанических хребтов ; Основное отличие заключается в том, что базальты задуговых бассейнов часто очень богаты магматической водой (обычно 1–1,5 мас. % H ₂ O), тогда как базальтовые магмы срединно-океанических хребтов очень сухие (обычно <0,3 мас. % H ₂ O). Высокая водность базальтовых магм задугового бассейна обусловлена ​​водами, сносимыми по зоне субдукции и выбрасываемыми в вышележащий мантийный клин . Дополнительными источниками воды могли быть амфиболов и в слюд эклогитизации погружающейся плите. Подобно срединно-океаническим хребтам, задуговые бассейны имеют гидротермальные жерла и связанные с ними хемосинтетические сообщества.

Распространение морского дна

Дополнительная информация: гипотеза Вайна – Мэтьюза – Морли.

Доказательства распространения морского дна были замечены в кернах дна бассейна. Толщина отложений , скопившихся в бассейне, уменьшалась к центру бассейна, что указывает на более молодую поверхность. Идея о том, что толщина и возраст отложений на морском дне связана с возрастом океанической коры, была предложена Гарри Хессом. Магнитные аномалии коры, сформировавшейся в задуговых котловинах, отклонялись по форме от коры, сформировавшейся на срединно-океанических хребтах. Во многих районах аномалии не кажутся параллельными, а профили магнитных аномалий в бассейне лишены симметрии или центральной аномалии, как в традиционном океанском бассейне, что указывает на асимметричное спрединг морского дна.

Это побудило некоторых характеризовать распространение в задуговых бассейнах как более разбросанное и менее равномерное, чем на срединно-океанических хребтах. Идея о том, что распространение задугового бассейна по своей сути отличается от распространения срединно-океанических хребтов, противоречива и обсуждается на протяжении многих лет. Другой аргумент состоит в том, что процесс спрединга морского дна в обоих случаях один и тот же, но движение центров спрединга морского дна в бассейне вызывает асимметрию магнитных аномалий. Этот процесс можно наблюдать в задуговом бассейне Лау. Хотя магнитные аномалии сложнее расшифровать, породы, отобранные из центров спрединга задуговых бассейнов, мало чем отличаются от пород на срединно-океанических хребтах. Напротив, вулканические породы близлежащей островной дуги существенно отличаются от таковых в бассейне.

Острова Японии были отделены от материковой Азии задуговым спредингом.

Задуговые котловины отличаются от обычных срединно-океанических хребтов тем, что характеризуются асимметричным спредингом морского дна, однако оно весьма изменчиво даже в пределах отдельных котловин. Например, в центральной части Марианской впадины современные скорости спрединга на западном фланге в 2–3 раза выше, тогда как на южном конце Марианского прогиба положение центра спрединга, примыкающего к вулканическому фронту, предполагает, что общая аккреция коры там была почти полностью асимметричной. Эта ситуация повторяется на севере, где также развита большая асимметрия спрединга.

Другие задуговые бассейны, такие как бассейн Лау, претерпели большие скачки рифтов и события распространения (внезапные изменения в относительном движении рифтов), которые переместили центры распространения из дистальных по дуге положений в более проксимальные к дуге. И наоборот, изучение недавних скоростей распространения кажется относительно симметричным, возможно, с небольшими скачками разломов. Причина асимметричного спрединга в задуговых котловинах остается малоизученной. Общие идеи связаны с асимметрией относительно оси распространения в процессах генерации дугового расплава и теплового потока, градиентами гидратации в зависимости от расстояния от плиты, эффектами мантийного клина и эволюцией от рифтинга к спредингу.

Формирование и тектоника

Считается, что расширение земной коры за вулканическими дугами вызвано процессами, связанными с субдукцией. По мере того, как погружающаяся плита опускается в астеносферу, она сбрасывает воду, вызывая плавление мантии, вулканизм и образование островных дуг. Другим результатом этого является образование конвекционной ячейки. Поднимающаяся магма и тепло вместе с внешним напряжением земной коры, контактирующей с конвекционной ячейкой, вызывают образование области расплава, что приводит к образованию разлома . Этот процесс перемещает островную дугу в сторону зоны субдукции, а остальную часть плиты — в сторону от зоны субдукции. Движение зоны субдукции назад относительно движения погружающейся плиты называется откатом траншеи (также известным как шарнирный откат или шарнирное отступление ). По мере того как зона субдукции и связанный с ней желоб оттягиваются назад, перекрывающая плита растягивается, утончая земную кору и образуя задуговой бассейн. В некоторых случаях растяжение запускается появлением плавучего элемента в зоне субдукции, который локально замедляет субдукцию и заставляет погружающуюся плиту вращаться рядом с ней. Это вращение связано с отступлением траншеи и перекрывающим расширением плиты.

Было обнаружено, что возраст погружающейся коры, необходимый для установления распространения задней дуги, составляет 55 миллионов лет или больше. Вот почему центры спрединга задней дуги сосредоточены в западной части Тихого океана. Угол падения погружающейся плиты также может быть значительным: показано, что на участках задугового распространения он превышает 30°; скорее всего, это связано с тем, что по мере старения океанической коры она становится плотнее, что приводит к более крутому углу спуска.

Утончение перекрывающей плиты в результате задугового рифтогенеза может привести к образованию новой океанической коры (т. е. к задуговому спредингу). По мере растяжения литосферы астеносфера внизу поднимается на небольшие глубины и частично плавится в результате адиабатического декомпрессионного плавления. Когда этот расплав приближается к поверхности, начинается его распространение.

Седиментация

Седиментация сильно асимметрична: большая часть осадков поступает из активной вулканической дуги, которая регрессирует по мере отката траншеи. Из кернов, собранных в ходе проекта глубоководного бурения (DSDP), в задуговых бассейнах западной части Тихого океана было обнаружено девять типов отложений. Селевые потоки мощных и среднеслоистых массивных конгломератов составляют 1,2% отложений, собранных DSDP. Средний размер отложений в конгломератах имеет размер гальки, но может варьироваться от гранул до булыжников . Акцессорные материалы включают обломки известняка , кремня , мелководные окаменелости и песчаника обломки .

Подводные веерные системы переслаивающихся турбидитовых песчаников и аргиллитов составляли 20% от общей мощности осадков, извлеченных DSDP. Конусы можно разделить на две подсистемы на основании различий в литологии , текстуре , осадочных структурах и стиле залегания . К этим системам относятся подсистема внутреннего и среднего вентилятора, а также подсистема внешнего вентилятора. Внутренняя и срединная системы содержат переслаивания тонко- и среднеслоистых песчаников и аргиллитов. Структуры, обнаруженные в этих песчаниках, включают обломки нагрузки , микроразломы , складки оползня, извилистые пластинки , структуры обезвоживания, ступенчатую слоистость и градационные кровли пластов песчаника. Частичные последовательности Боума можно найти в подсистеме. Подсистема внешнего вентилятора обычно состоит из более мелких отложений по сравнению с системой внутреннего и среднего вентилятора. хорошо отсортированные вулканокластические песчаники, алевролиты и аргиллиты. В этой системе встречаются Осадочные структуры, обнаруженные в этой системе, включают параллельные пластинки, микропоперечные пластинки и ступенчатую слоистость. В этой подсистеме можно идентифицировать частичные последовательности Боума.

Пелагические глины, содержащие железомарганцевые микроконкреции , кварц , плагиоклаз , ортоклаз , магнетит , вулканическое стекло , монтмориллонит , иллит , смектит , остатки фораминифер , диатомовые водоросли и спикулы губок , составляли самый верхний стратиграфический разрез на каждом обнаруженном участке. Этот тип отложений составлял 4,2% от общей толщины отложений, извлеченных с помощью DSDP.

Биогенные пелагические кремнеземистые отложения состоят из радиолярий, диатомитов, кремнефлагеллятных илов и кремней. Это составляет 4,3% от толщины извлеченных отложений. Биогенные пелагические карбонаты — наиболее распространенный тип осадков, извлеченных из задуговых бассейнов западной части Тихого океана. Этот тип отложений составил 23,8% от общей мощности отложений, извлеченных DSDP. Пелагические карбонаты состоят из ила, мела и известняка. Наноокаменелости и фораминиферы составляют большую часть отложений. Переотложенные карбонаты составили 9,5% от общей мощности осадков, извлеченных с помощью DSDP. Этот тип осадков имел тот же состав, что и биогенно-пелагические карбонатные, но был переработан с хорошо развитыми осадочными структурами. Пирокластика, состоящая из вулканического пепла , туфа и множества других компонентов, включая наноокаменелости, пирит , кварц, растительные остатки и стекло, составила 9,5% извлеченных осадков. Эти вулканические отложения образовались в результате регионального тектонически контролируемого вулканизма и близлежащих островодужных источников.

Локации

Активные задуговые бассейны мира

Активные задуговые бассейны встречаются в регионах Марианских островов , Кермадек-Тонга , Южной Шотландии , Мануса , Северной Фиджи и Тирренского моря , но большинство из них находится в западной части Тихого океана. Не во всех зонах субдукции имеются задуговые бассейны; некоторые, например центральные Анды , связаны со сжатием задней дуги .

Существует ряд вымерших или ископаемых задуговых бассейнов, таких как бассейн Паресе-Вела-Сикоку, Японское море и Курильский бассейн. Задуговые бассейны сжатия встречаются, например, в Пиренеях и Швейцарских Альпах .

История мысли

С развитием теории тектоники плит геологи считали, что сходящиеся края плит являются зонами сжатия, поэтому зон сильного растяжения над зонами субдукции (задуговые бассейны) не ожидалось. Гипотеза о том, что некоторые конвергентные края плит активно расширялись, была разработана Дэном Каригом в 1970 году, когда он был аспирантом Океанографического института Скриппса . Это стало результатом нескольких морских геологических экспедиций в западную часть Тихого океана.

См. также

• Задуговая область
• Преддуговой бассейн
• Внутридуговой бассейн

Общие и цитируемые ссылки

• Баркер, П.Ф.; Хилл, Айова (1980). «Асимметричное распространение в задуговых котловинах». Природа . 285 (5767): 652–654. Бибкод : 1980Natur.285..652B . дои : 10.1038/285652a0 . S2CID   4233630 .
• Дешам, А.; Фудзивара, Т. (2003). «Асимметричная аккреция вдоль медленно расширяющегося Марианского хребта». Геохим. Геофиз. Геосист . 4 (10): 8622. Бибкод : 2003GGG.....4.8622D . дои : 10.1029/2003GC000537 .
• Форсайт, Д.; Уеда, С. (1975). «Об относительной важности движущих сил движения плит *» . Международный геофизический журнал . 43 (1): 163–200. Бибкод : 1975GeoJ...43..163F . дои : 10.1111/j.1365-246x.1975.tb00631.x .
• Гилл, Дж. Б. (1976). «Состав и возраст вулканических пород бассейна Лау и хребта: значение для эволюции межгового бассейна и остаточной дуги». Бюллетень ГСА . 87 (10): 1384–1395. Бибкод : 1976GSAB...87.1384G . doi : 10.1130/0016-7606(1976)87<1384:caaolb>2.0.co;2 .
• Гесс, Генри Х. (1962). «История океанских бассейнов». Петрологические исследования: Том в честь А.Ф. Баддингтон . 599–620. OCLC   881288 .
• Кариг, Дэниел Э (1970). «Хребты и котловины островной дуги Тонга-Кермадек». Журнал геофизических исследований . 75 (2): 239–254. Бибкод : 1970JGR....75..239K . дои : 10.1029/JB075i002p00239 .
• Кляйн, Г.Д. (1985). «Контроль глубины отложения, тектонического поднятия и вулканизма в процессах седиментации в задуговых бассейнах западной части Тихого океана». Журнал геологии . 93 (1): 1–25. Бибкод : 1985JG.....93....1D . дои : 10.1086/628916 . S2CID   129527339 .
• Мартинес, Ф.; Фрайер, П.; Бейкер, Северная Каролина; Ямадзаки, Т. (1995). «Эволюция задугового рифтогенеза: Марианский прогиб, 20–24 с.ш.». Дж. Геофиз. Рез . 100 (Б3): 3807–3827. Бибкод : 1995JGR...100.3807M . дои : 10.1029/94JB02466 .
• Мартинес, Ф.; Фрайер, П.; Беккер, Н. (2000). «Геофизические характеристики Южно-Марианского прогиба, 11–13 с.ш.» . Дж. Геофиз. Рез. 105 (Б7): 16591–16607. Бибкод : 2000JGR...10516591M . дои : 10.1029/2000JB900117 .
• Мольнар, П.; Этуотер, Т. (1978). «Междуговое распространение и Кордильерская тектоника как альтернативы, связанные с возрастом субдуцированной океанической литосферы». Планета Земля. наук. Летт . 41 (3): 330–340. Бибкод : 1978E&PSL..41..330M . дои : 10.1016/0012-821X(78)90187-5 .
• Парсон, LM; Пирс, Дж.А.; Мертон, Би Джей; Ходкинсон, Р.А. (1990). «Роль скачков хребтов и распространения хребтов в тектонической эволюции задугового бассейна Лау, юго-западная часть Тихого океана». Геология . 18 (5): 470–473. Бибкод : 1990Geo....18..470P . doi : 10.1130/0091-7613(1990)018<0470:RORJAR>2.3.CO;2 .
• Сдролиас, М.; Мюллер, Р.Д. (2006). «Контроль за задуговыми бассейновыми образованиями» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 7 (4): 1–40. Бибкод : 2006GGG.....7.4016S . дои : 10.1029/2005GC001090 . S2CID   129068818 .
• Тейлор, Брайан (1995). Задуговые бассейны: тектоника и магматизм. Нью-Йорк: Пленум Пресс. ISBN   9780306449376 . OCLC   32464941 .
• Тейлор, Б.; Зеллмер, К.; Мартинес, Ф.; Гудлифф, А. (1996). «Распространение морского дна в задуговом бассейне Лау». Письма о Земле и планетологии . 144 (1–2): 35–40. Бибкод : 1996E&PSL.144...35T . дои : 10.1016/0012-821x(96)00148-3 .
• Уеда С. (1984). «Зоны субдукции: их разнообразие, механизм и влияние человека». Геожурнал . 8 (1): 381–406. дои : 10.1007/BF00185938 . S2CID   128986436 .
• Уоллес, Лаура М .; Эллис, Сьюзен ; Манн, Пол (2009). «Модель столкновений для быстрых вращений блоков перед дуги, кривизны дуги и эпизодического рифтогенеза задней дуги в условиях субдукции» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 10 (5): н/д. Бибкод : 2009GGG....10.5001W . дои : 10.1029/2008gc002220 .
• Ямадзаки, Т.; Сима, Н.; Окино, К.; Китада, К.; Джошима, М.; Ода, Х.; Нака, Дж. (2003). «Процесс распространения северной части Марианского прогиба: рифто-спрединговый переход на 22 с.ш.» . Геохим. Геофиз. Геосист . 4 (9): 1075. Бибкод : 2003ГГГ.....4....1Г . дои : 10.1029/2002GC000492 .
• Зеллмер, Кентукки; Тейлор, Б. (2001). «Трехпластинчатая кинематическая модель открытия бассейна Лау». Геохим. Геофиз. Геосист . 2 (5): 1020. Бибкод : 2001GGG.....2.1020Z . дои : 10.1029/2000GC000106 .

Внешние ссылки

• Анимация субдукции, откатывания траншеи и расширения задугового бассейна в EGU GIFT2017: Формирование Средиземноморья изнутри, через YouTube