Вчені вперше в історії геології стали свідками того, як тектонічна плита Хуан де Фука розривається на частини, повільно втрачаючи зв’язок з верхньою мантією Землі. Це відкриття надає унікальну можливість побачити, що відбувається, коли один з найпотужніших двигунів нашої планети – зона субдукції – починає сповільнювати свою роботу і згасати. До цього часу подібні процеси існували лише в теоретичних моделях.
Це видатне відкриття стало можливим завдяки новому сейсмічному дослідженню, що проводилося під керівництвом геофізика Брендона Шака з Університету штату Луїзіана та Сюзанни Карботт з обсерваторії Землі Ламонт-Доерті Колумбійського університету. За допомогою сейсмічних зображень вдалося «відгорнути» коркові шари Землі, немов сторінки книги, і виявити тектонічну межу, що перебуває в процесі розпаду. Дані були зібрані під час експерименту CASIE21 – Каскадського сейсмічного дослідження, проведеного у 2021 році на борту науково-дослідного судна «Маркус Г. Лангсет».
Коли дві тектонічні плити стикаються, одна з них зазвичай занурюється під іншу, створюючи так звану зону субдукції. Ці регіони, як відомо, є геологічно активними, часто супроводжуються землетрусами, виверженнями вулканів та іншими потужними явищами. Саме зона субдукції Хуан де Фука – відносно невелика океанічна тектонічна плита – активно занурюється під більшу Північноамериканську плиту, формуючи Каскадську зону субдукції. Ця зона розташована біля берегів Ванкувера – великого острова на заході Канади, що омивається Тихим океаном, і простягається вздовж узбережжя Тихоокеанського Північного Заходу Північної Америки, відома своєю здатністю спричиняти сильні землетруси.
Нове дослідження, опубліковане в авторитетному виданні Science Advances, дозволило з небаченою раніше деталізацією нанести на карту морське дно поблизу острова Ванкувер. Вчені змогли побачити розломи, складки та глибокі структурні тріщини в плиті, коли вона згинається під Північною Америкою. Команда під керівництвом Карботт буксирувала 15-кілометрову мережу підводних приймачів, водночас випускаючи контрольовані звукові імпульси в земну кору. Результатом став набір чітких зображень, що проникають на тисячі метрів під поверхню, демонструючи, як плита буквально розривається і відшаровується. Досі геологи могли лише теоретично припускати, які сили спричиняють остаточний занепад зони субдукції.
«Запустити зону субдукції – це як намагатися штовхнути поїзд вгору по схилу – це вимагає величезних зусиль», – пояснив Шак. «Але коли він починає рухатися, це схоже на те, як поїзд мчить вниз, його неможливо зупинити. Щоб це закінчилося, потрібне щось драматичне – по суті, катастрофа поїзда».
Розриви, що змінюють правила
Визначальною особливістю цього відкриття є не тільки сам факт події, а й те, що воно розкриває. Протягом багатьох років дослідники сперечалися, як саме завершується існування зони субдукції – чи відривається низхідна плита повністю, чи просто витончується в мантію. Озброївшись результатами сейсмічного дослідження, команда тепер має незаперечні докази того, що плити розриваються. Але замість того, щоб ламатися раптово в одному катастрофічному русі, як вважалося раніше, дослідження підтвердило, що розпад відбувається поетапно, що називається «поетапним» припиненням.
«Це перший випадок, коли ми маємо чітке уявлення про зону субдукції, зафіксовану в момент її загибелі», – зазначив Шак. «Замість того, щоб вимикатися одразу, плита розривається шматок за шматком, створюючи менші мікроплити та нові межі. Тож замість великої катастрофи поїзда, це схоже на те, як поїзд повільно сходить з рейок, один вагон за раз». Робота команди долає розрив між теорією та живою геологічною механікою, пропонуючи рідкісний погляд на те, як тектонічні межі переформатовуються, коли стародавній двигун сповільнює свій хід. Розуміння цього процесу може допомогти вченим відстежити, як розвиваються гірські хребти, вулканічні дуги і навіть цілі континенти, коли рушійна сила під ними слабшає.
І робота лише починається. Зображення, отримані біля берегів Ванкувера, не тільки відкривають вікно в те, як тектонічні системи припиняють свою діяльність, але й як це впливає на сейсмічну активність. Майбутні дослідження будуть розширені глибше в мантію, щоб побачити, наскільки далеко поширюється розрив і як він може реструктурувати земну кору над ним. Співавторка Сюзанна Карботт зауважує, що вчені давно чекали на такі докази, щоб підтвердити або спростувати існуючі теорії про життя та смерть тектонічних плит. «Але раніше ми не мали такого чіткого уявлення про цей процес у дії», – сказала вона. «Ці нові висновки допомагають нам краще зрозуміти життєвий цикл тектонічних плит, які формують Землю».
Удосконалення моделей, що захищають нас
Для мешканців узбережжя Тихоокеанського Північного Заходу ця новина не є приводом для тривоги. Немає потреби місцевим жителям панічно запасатися консервами чи туалетним папером. Цей процес є геологічним, зміни відбуваються протягом мільйонів років глибоко під нашими ногами і далеко за межами будь-яких людських часових рамок. Однак те, що змінюється – це наше розуміння системи в цілому. Якщо зона субдукції може слабшати та фрагментуватися, це знання змінює те, як геологи моделюють небезпеки, такі як землетруси та цунамі.
Дивлячись у майбутнє, команда вивчає, чи можуть майбутні землетруси відбуватися по цих внутрішніх розривах, або чи можуть ці структури керувати поширенням сейсмічної енергії. Отримані дані можуть допомогти вдосконалити моделі небезпек, що використовуються для вивчення того, як структурна складність впливає на шляхи розломів. Це невеликий, але важливий крок до повного картографування того, як зони субдукції розвиваються в реальному часі. Це дослідження було опубліковано в журналі Science Advances.
