субдукция -Subduction

Схема геологического процесса субдукции

Субдукция — это геологический процесс, при котором океаническая литосфера и часть континентальной литосферы перерабатываются в мантию Земли на сходящихся границах . Там, где океаническая литосфера тектонической плиты сходится с менее плотной литосферой второй плиты, более тяжелая плита погружается под вторую плиту и погружается в мантию. Область, где происходит этот процесс, известна как зона субдукции , а ее поверхностное выражение известно как комплекс дуга-желоб . Процесс субдукции создал большую часть континентальной коры Земли. Скорость субдукции обычно измеряется в сантиметрах в год, а скорость конвергенции достигает 11 см в год.

Субдукция возможна, потому что холодная океаническая литосфера немного плотнее нижележащей астеносферы , горячего пластичного слоя верхней мантии , лежащего под холодной жесткой литосферой. Однажды начавшись, стабильная субдукция управляется в основном отрицательной плавучестью плотной погружающейся литосферы. Плита погружается в мантию в значительной степени под своим весом .

Землетрясения обычны в зоне субдукции, и жидкости, высвобождаемые погружающейся плитой, вызывают вулканизм на преобладающей плите. Если погружающаяся плита погружается под небольшим углом, на преобладающей плите образуется пояс деформации , характеризующийся утолщением земной коры, горообразованием и метаморфизмом. Субдукция под более крутым углом характеризуется образованием задуговых бассейнов .

Субдукция и тектоника плит

Плита Хуан-де-Фука опускается ниже плиты Северной Америки в зоне субдукции Каскадия.
Океанические плиты погружаются, образуя океанические впадины .

Согласно теории тектоники плит , литосфера Земли , ее жесткая внешняя оболочка, разбита на шестнадцать более крупных тектонических плит и несколько более мелких плит. Эти плиты находятся в замедленном движении, в основном из-за силы притяжения погружающейся литосферы. Опускающаяся литосфера в зонах субдукции является частью конвективных ячеек в подстилающей пластичной мантии . Этот процесс конвекции позволяет теплу, выделяемому радиоактивным распадом , выходить из недр Земли.

Литосфера состоит из самой внешней легкой коры плюс самая верхняя жесткая часть мантии . Толщина океанической литосферы варьируется от нескольких километров для молодой литосферы, образовавшейся на срединно-океанических хребтах, до примерно 100 км (62 мили) для древнейшей океанической литосферы. Континентальная литосфера имеет толщину до 200 км (120 миль). Литосфера относительно холодная и жесткая по сравнению с нижележащей астеносферой , поэтому тектонические плиты движутся как твердые тела поверх астеносферы. Отдельные плиты часто включают как области океанической литосферы, так и континентальную литосферу.

Зоны субдукции — это места, где холодная океаническая литосфера погружается обратно в мантию и перерабатывается. Они находятся на границах конвергентных плит, где океаническая литосфера одной плиты сходится с менее плотной литосферой другой плиты. Более тяжелая океаническая литосфера перекрыта передним краем другой плиты. Перекрытая плита ( плита ) опускается под углом примерно от 25 до 75 градусов к поверхности Земли. Это опускание обусловлено разницей температур между плитой и окружающей астеносферой, поскольку более холодная океаническая литосфера в среднем имеет большую плотность. Отложения и некоторое количество захваченной воды уносятся плитой вниз и возвращаются в глубокую мантию.

Земля до сих пор является единственной планетой, на которой, как известно, происходит субдукция, и зоны субдукции являются ее важнейшей тектонической особенностью. Субдукция является движущей силой тектоники плит , и без нее тектоника плит не могла бы возникнуть. Зоны океанической субдукции расположены вдоль краев конвергентных плит протяженностью 55 000 км (34 000 миль), что почти равно совокупной скорости формирования плит 60 000 км (37 000 миль) срединно-океанических хребтов.

Морская вода просачивается в океаническую литосферу через трещины и поры и вступает в реакцию с минералами земной коры и мантии с образованием водосодержащих минералов (таких как серпентин), которые хранят воду в своих кристаллических структурах. Вода транспортируется в глубокие слои мантии через водные минералы в погружающихся плитах. Во время субдукции ряд минералов в этих плитах, таких как серпентин , может быть стабильным при различном давлении в геотермальных плитах и ​​может переносить значительное количество воды в недра Земли. По мере того, как плиты тонут и нагреваются, высвобождаемые флюиды могут вызвать сейсмичность и вызвать плавление внутри субдуцируемой плиты и в вышележащем мантийном клине. Этот тип плавления избирательно концентрирует летучие вещества и транспортирует их в вышележащую пластину. Если происходит извержение, цикл затем возвращает летучие вещества в океаны и атмосферу.

Структура зон субдукции

Дугово-траншейный комплекс

Поверхностным выражением зон субдукции являются дугово-траншейные комплексы. На океанской стороне комплекса, где погружающаяся плита впервые приближается к зоне субдукции, часто наблюдается внешняя траншейная высота или внешняя траншейная зыбь . Здесь пластина немного мелеет, прежде чем погрузиться вниз, вследствие жесткости пластины. Точка, где плита начинает погружаться вниз, отмечена океанической впадиной . Океанические желоба — это самые глубокие участки океанского дна.

За траншеей находится преддуговая часть перекрывающей плиты. В зависимости от скорости осадконакопления преддуг может включать аккреционный клин отложений, соскобленных с погружающейся плиты и приросших к перекрывающей плите. Однако не все дугово-траншейные комплексы имеют аккреционный клин. Аккреционные дуги имеют хорошо развитый преддуговой бассейн за аккреционным клином, в то время как в неаккреционных дугах преддуговой бассейн развит слабо.

За преддуговым бассейном вулканы расположены длинными цепочками, называемыми вулканическими дугами . Погружающиеся базальты и отложения обычно богаты водными минералами и глинами. Кроме того, большое количество воды попадает в трещины и разломы, образующиеся при изгибании погружающейся плиты вниз. При переходе от базальта к эклогиту эти водные материалы разрушаются, образуя большое количество воды, которая при таком большом давлении и температуре существует в виде сверхкритической жидкости . Сверхкритическая вода, горячая и более плавучая, чем окружающая порода, поднимается в вышележащую мантию, где она снижает температуру плавления мантийной породы, образуя магму посредством плавления флюса . Магмы, в свою очередь, поднимаются в виде диапиров , потому что они менее плотные, чем породы мантии. Магмы мантийного происхождения (изначально базальтовые по составу) могут в конечном итоге достичь поверхности Земли, что приведет к извержениям вулканов. Химический состав извергающейся лавы зависит от степени, в которой базальт, полученный из мантии, взаимодействует (расплавляется) с земной корой или подвергается фракционной кристаллизации . Дуговые вулканы, как правило, вызывают опасные извержения, потому что они богаты водой (из плиты и отложений) и имеют тенденцию быть чрезвычайно взрывоопасными. Кракатау , Невадо-дель-Руис и Везувий — все это примеры дуговых вулканов. Дуги также связаны с большинством месторождений руды .

За вулканической дугой находится задуговая область , характер которой сильно зависит от угла субдукции погружающейся плиты. Там, где этот угол невелик, погружающаяся плита частично увлекает за собой вышележащую континентальную кору, что создает зону укорочения и утолщения коры, в которой могут быть обширные складчатости и надвиги . Если угол субдукции становится круче или откатывается назад, вместо этого верхняя плита литосферы будет напрягаться , часто образуя задуговой бассейн .

Глубокая структура

Дугово-траншейный комплекс является поверхностным выражением гораздо более глубокой структуры. Хотя это и недоступно напрямую, более глубокие части можно изучать с помощью геофизики и геохимии . Зоны субдукции определяются наклонной зоной землетрясений , зоной Вадати-Беньоффа , которая падает от желоба и простирается ниже вулканической дуги до 660-километрового разрыва . Землетрясения в зоне субдукции происходят на большей глубине (до 600 км (370 миль)), чем где-либо еще на Земле (обычно глубина менее 20 км (12 миль)); такие глубокие землетрясения могут быть вызваны глубокими фазовыми превращениями , тепловым разгоном или дегидратационным охрупчиванием . Сейсмическая томография показывает, что некоторые плиты могут проникать в нижнюю мантию и погружаться до границы ядра и мантии . Здесь остатки плит могут в конечном итоге нагреться до такой степени, чтобы подняться обратно на поверхность в виде мантийных плюмов .

Угол субдукции

Субдукция обычно происходит под умеренно крутым углом к ​​тому времени, когда она находится под вулканической дугой. Однако известно, что существуют аномально малые углы субдукции, а также очень крутые.

  • Субдукция плоской плиты (угол субдукции менее 30 °) происходит, когда плита погружается почти горизонтально. Относительно плоская плита может простираться на сотни километров под верхней плитой. Эта геометрия обычно вызвана субдукцией плавучей литосферы из-за утолщения коры или более теплой литосферы. Недавние исследования также показали сильную корреляцию того, что более старые и более широкие зоны субдукции связаны с более пологими погружениями субдукции. Это объясняет, почему плоская субдукция в настоящее время происходит только в восточной части Тихого океана, поскольку только эти регионы были старыми и достаточно широкими, чтобы поддерживать субдукцию плоских плит, и почему субдукция плоских плит Ларамида и субдукция плоских плит Южного Китая были возможны. В конечном итоге Ху предполагает, что комбинация возраста субдукции и характеристик плит обеспечивает самый сильный контроль над погружениями субдукции. Поскольку субдукция плит на глубину необходима для запуска вулканизма в зоне субдукции, субдукция плоских плит может быть использована для объяснения вулканических разрывов .

Субдукция плоской плиты продолжается под частью Анд , что приводит к сегментации Андского вулканического пояса на четыре зоны. Субдукция плоской плиты на севере Перу и в регионе Норте-Чико в Чили считается результатом субдукции двух плавучих асейсмических хребтов, хребта Наска и хребта Хуана Фернандеса соответственно. Субдукция плоских плит вокруг полуострова Тайтао связана с субдукцией Чилийского поднятия , спредингового хребта .

Ларамидский орогенез в Скалистых горах США объясняется субдукцией плоских плит . Во время этого горообразования на юго-западной окраине Северной Америки образовалась широкая вулканическая брешь, а деформация произошла гораздо дальше вглубь суши; именно в это время возникли горные хребты Колорадо, Юты, Вайоминга, Южной Дакоты и Нью-Мексико с ядром фундамента . Было обнаружено, что самые сильные землетрясения в зоне субдукции, так называемые «мегатрясения», происходят в зонах субдукции с плоскими плитами.

  • Крутоугольная субдукция (угол субдукции более 70 °) происходит в зонах субдукции, где океаническая кора и литосфера Земли холодные и толстые и, следовательно, потеряли плавучесть. Недавние исследования также сопоставили зоны субдукции с крутыми углами с более молодыми и менее обширными зонами субдукции. Это могло бы объяснить, почему большинство современных зон субдукции относительно крутые. Зона субдукции с самым крутым падением находится в Марианской впадине , где также находится океаническая литосфера юрского возраста, самая старая на Земле, за исключением офиолитов . Крутоугольная субдукция, в отличие от субдукции плоской плиты, связана с задуговым растяжением верхней плиты, создавая вулканические дуги и оттягивая фрагменты континентальной коры от континентов, оставляя после себя окраинное море .

Жизненный цикл зон субдукции

Начало субдукции

Хотя стабильная субдукция достаточно хорошо изучена, процесс, с помощью которого инициируется субдукция, остается предметом обсуждения и продолжающихся исследований. Субдукция может начаться спонтанно, если более плотная океаническая литосфера может затонуть и погрузиться под соседнюю океаническую или континентальную литосферу только за счет вертикального воздействия; в качестве альтернативы, существующие движения плит могут вызвать новые зоны субдукции, горизонтально заставляя океаническую литосферу разрываться и погружаться в астеносферу. Обе модели могут в конечном итоге привести к самоподдерживающимся зонам субдукции, поскольку океаническая кора метаморфизируется на большой глубине и становится более плотной, чем окружающие породы мантии. Компиляция событий инициирования зоны субдукции до 100 млн лет назад предполагает инициирование зоны субдукции с горизонтальным воздействием для большинства современных зон субдукции, что подтверждается результатами численных моделей и геологических исследований. Однако некоторые аналоговые модели показывают возможность спонтанной субдукции из-за внутренней разницы в плотности между двумя плитами в определенных местах, таких как пассивные окраины и вдоль трансформных разломов. Есть доказательства того, что это произошло в системе субдукции Идзу-Бонин-Мариана. Ранее в истории Земли субдукция, вероятно, началась без горизонтального воздействия из-за отсутствия относительного движения плит, хотя предложение А. Инь предполагает, что удары метеоритов могли способствовать инициированию субдукции на ранней Земле.

Конец субдукции

Субдукция может продолжаться до тех пор, пока океаническая литосфера перемещается в зону субдукции. Однако прибытие плавучей литосферы в зону субдукции может привести к усилению связи в желобе и вызвать реорганизацию границ плит. Прибытие континентальной коры приводит к столкновению или аккреции террейнов , что может нарушить субдукцию. Континентальная кора может погружаться на глубину 250 км (160 миль), где она может достичь точки невозврата. Участки коры или внутриокеанской дуги коры толщиной более 15 км (9,3 мили) или океанического плато толщиной более 30 км (19 миль) могут нарушить субдукцию. Однако островные дуги, погруженные в лоб, могут вызвать только локальные нарушения, в то время как дуга, приходящая параллельно зоне, может закрыть ее. Так произошло с плато Онтонг-Ява и желобом Витязь.

Последствия

Метаморфизм

В зонах субдукции находится уникальное разнообразие типов горных пород, созданных условиями высокого давления и низкой температуры, с которыми погружающаяся плита сталкивается во время своего спуска. Метаморфические условия, через которые проходит плита в этом процессе, создают и разрушают водосодержащие (водные) минеральные фазы, высвобождая воду в мантию. Эта вода снижает температуру плавления мантийных пород, инициируя плавление. Понимание времени и условий, в которых происходят эти реакции дегидратации, является ключом к интерпретации плавления мантии, магматизма вулканических дуг и образования континентальной коры.

Метаморфическая фация характеризуется стабильной минеральной ассоциацией, характерной для диапазона давления и температуры и определенного исходного материала. Метаморфизм зоны субдукции характеризуется низкотемпературным, высоко-сверхвысоким давлением метаморфическим путем через зоны устойчивости цеолитовой , пренит-пумпеллиитовой, голубосланцевой и эклогитовой фаций субдуктивной океанической коры. Комплексы цеолитовой и пренит-пумпеллиитовой фаций могут присутствовать или отсутствовать, поэтому начало метаморфизма может быть отмечено только условиями фации голубых сланцев. Погружающиеся плиты состоят из базальтовой коры, покрытой пелагическими отложениями ; однако пелагические отложения могут нарастать на нависающую стенку преддуги, а не субдуцироваться. Большинство метаморфических фазовых переходов, происходящих внутри погружающейся плиты, вызываются дегидратацией содержащих воду минеральных фаз. Распад водных минеральных фаз обычно происходит на глубинах более 10 км. Каждая из этих метаморфических фаций отмечена присутствием определенного стабильного минерального комплекса, отражающего метаморфические условия, которым подверглась субдуцирующая плита. Переходы между фациями вызывают дегидратацию водосодержащих минералов при определенных условиях давления и температуры, и поэтому их можно проследить до процессов плавления в мантии под вулканической дугой.

Дуговой магматизм

На Земле обычно наблюдаются два вида дуг: островные дуги , формирующиеся на океанической литосфере (например, Марианская и Тонгская островные дуги), и континентальные дуги типа Каскадной вулканической дуги , формирующиеся вдоль побережья континентов. Островные дуги (внутриокеанические или примитивные дуги) образуются в результате субдукции океанической литосферы под другую океаническую литосферу (субдукция океан-океан), в то время как континентальные дуги (дуги Анд) образуются во время субдукции океанической литосферы под континентальную литосферу (субдукция океан-континент). . Пример вулканической дуги, имеющей участки как островной, так и континентальной дуги, находится за зоной субдукции Алеутского желоба на Аляске.

Вулканы , возникающие над зонами субдукции, такие как гора Сент-Хеленс , гора Этна и гора Фудзи , лежат примерно в ста километрах от желоба дугообразными цепями, называемыми вулканическими дугами . Плутоны, такие как Хаф-Доум в национальном парке Йосемити, обычно образуются на 10–50 км ниже вулканов в пределах вулканических дуг и видны на поверхности только после того, как вулканы выветрились. Вулканизм и плутонизм возникают в результате обезвоживания погружающейся океанической плиты по мере достижения более высоких давлений и температур. Как только океаническая плита достигает глубины около 100 км, водные минералы становятся нестабильными и выделяют флюиды в астеносферу. Флюиды действуют как поток для породы в астеносфере и вызывают ее частичное плавление. Частично расплавленный материал обладает большей плавучестью и в результате поднимается в литосферу, где образует большие магматические очаги, называемые диапирами. Часть магмы выйдет на поверхность земной коры, где она сформирует вулканы и, если извергнется на земную поверхность, произведет андезитовую лаву. Магма, которая остается в литосфере достаточно долго, остывает и образует глубинные породы, такие как диорит, гранодиорит, а иногда и гранит.

Дуговой магматизм проявляется в ста-двухстах километрах от желоба и примерно в ста километрах над погружающейся плитой. Дуги производят около 10% от общего объема магмы, производимой каждый год на Земле (примерно 0,75 кубических километров), что намного меньше, чем объем, производимый срединно-океаническими хребтами, но они сформировали большую часть континентальной коры . Дуговой вулканизм оказывает наибольшее влияние на людей, потому что многие дуговые вулканы лежат над уровнем моря и извергаются очень сильно. Аэрозоли , выбрасываемые в стратосферу во время сильных извержений, могут вызвать быстрое охлаждение климата Земли и повлиять на воздушные перевозки.

Дуговой магматизм играет роль в углеродном цикле Земли , высвобождая субдуцированный углерод в результате вулканических процессов. Более старая теория утверждает, что углерод из погружающейся плиты становится доступным в вышележащих магматических системах посредством декарбонизации, где CO 2 высвобождается в результате силикатно-карбонатного метаморфизма. Однако данные термодинамического моделирования показали, что давления и температуры, необходимые для этого типа метаморфизма, намного выше, чем то, что наблюдается в большинстве зон субдукции. Фреззоти и др. (2011) предлагают другой механизм переноса углерода в доминирующую плиту посредством растворения (высвобождения углерода из углеродсодержащих минералов в водный раствор) вместо декарбонизации. Их доказательства получены в результате тщательного изучения минеральных и флюидных включений в низкотемпературных (<600 °C) алмазах и гранатах, обнаруженных в эклогитовых фациях в Альпах. Химический состав включений подтверждает существование богатого углеродом флюида в этой среде, а дополнительные химические измерения фаций с более низким давлением и температурой в том же тектоническом комплексе подтверждают модель растворения углерода (а не декарбонизации) как средства переноса углерода. .

Землетрясения и цунами

Глобальная карта зон субдукции с субдуцированными плитами, очерченными по глубине

Упругая деформация, вызванная конвергенцией плит в зонах субдукции, вызывает по крайней мере три типа землетрясений. Это глубокие землетрясения, землетрясения мегавзброса и землетрясения внешнего подъема. Глубокие землетрясения происходят внутри земной коры, мегатрясные землетрясения на границе субдукции около желоба и землетрясения внешнего подъема на погружающейся нижней плите, когда она изгибается возле желоба.

Аномально глубокие события характерны для зон субдукции, которые вызывают самые глубокие землетрясения на планете. Землетрясения обычно ограничиваются неглубокими, хрупкими частями земной коры, как правило, на глубине менее двадцати километров. Однако в зонах субдукции землетрясения происходят на глубине до 700 км (430 миль). Эти землетрясения определяют наклонные зоны сейсмичности, известные как зоны Вадати-Беньоффа , которые прослеживают опускающуюся плиту.

Девять из десяти крупнейших землетрясений за последние 100 лет были землетрясениями меганадвигов в зоне субдукции. К ним относятся Великое чилийское землетрясение 1960 года , которое с магнитудой 9,5 было самым сильным землетрясением из когда-либо зарегистрированных, землетрясение и цунами в Индийском океане 2004 года , а также землетрясение и цунами Тохоку 2011 года . Субдукция холодной океанической литосферы в мантию снижает локальный геотермический градиент и вызывает более хрупкую деформацию большей части земной коры, чем это было бы в условиях нормального геотермического градиента. Поскольку землетрясения могут происходить только тогда, когда горная порода хрупко деформируется, зоны субдукции могут вызывать сильные землетрясения. Если такое землетрясение вызовет быструю деформацию морского дна, существует вероятность цунами . Крупнейшее из когда-либо зарегистрированных цунами произошло из-за мощного землетрясения 26 декабря 2004 года . Землетрясение было вызвано погружением Индо-Австралийской плиты под Евро-Азиатскую плиту, но цунами распространилось по большей части планеты и опустошило районы вокруг Индийского океана]]. Нередки и небольшие толчки, вызывающие небольшие неповреждающие цунами.

Исследование, опубликованное в 2016 году, предложило новый параметр для определения способности зоны субдукции генерировать мегаземлетрясения. Изучая геометрию зоны субдукции и сравнивая степень кривизны нижней плиты погружающейся плиты во время великих исторических землетрясений, таких как Суматра-Андаманское землетрясение 2004 г. и Тохоку 2011 г., было установлено, что магнитуда землетрясений в зонах субдукции обратно пропорциональна величине магнитуды землетрясений в зонах субдукции. угол субдукции возле траншеи, что означает, что «чем более плоский контакт между двумя плитами, тем больше вероятность того, что произойдут мегаземлетрясения».

Землетрясения внешнего подъема на нижней плите происходят, когда нормальные разломы в сторону океана от зоны субдукции активируются изгибом плиты, когда она изгибается в зону субдукции. Землетрясение на Самоа в 2009 году является примером такого рода событий. Смещение морского дна, вызванное этим событием, вызвало шестиметровое цунами в соседнем Самоа.

Сейсмическая томография помогла обнаружить погруженные литосферные плиты глубоко в мантию, где нет землетрясений. Было описано около сотни плит с точки зрения глубины, времени и места их субдукции. Большие сейсмические разрывы в мантии на глубине 410 км (250 миль) и 670 км (420 миль) нарушены опусканием холодных плит в глубоких зонах субдукции. Некоторые субдуктивные плиты, по-видимому, с трудом проникают через главный разрыв , который отмечает границу между верхней и нижней мантией на глубине около 670 километров. Другие субдуктивные океанические плиты опустились до границы ядра и мантии на глубину 2890 км. Как правило, плиты замедляются при опускании в мантию, обычно от нескольких см/год (в некоторых случаях до ~10 см/год) в зоне субдукции и в самых верхних слоях мантии до ~1 см/год в нижней мантии. Это приводит либо к складыванию, либо к штабелированию плит на этих глубинах, что видно как утолщенные плиты на сейсмической томографии . Ниже ~ 1700 км может иметь место ограниченное ускорение плит из-за более низкой вязкости в результате предполагаемых изменений минеральной фазы, пока они не сблизятся и, наконец, не остановятся на границе ядро- мантия . Здесь плиты нагреваются окружающим теплом и больше не обнаруживаются ~300 млн лет после субдукции.

Орогенез

Орогенез – это процесс горообразования. Погружающиеся плиты могут привести к орогенезу за счет превращения океанических островов, океанических плато, отложений и пассивных континентальных окраин в конвергентные окраины. Материал часто не субдуцирует с остальной частью плиты, а вместо этого срастается (соскребается) с континентом, в результате чего образуются экзотические террейны . Столкновение этого океанического материала вызывает утолщение земной коры и горообразование. Сросшийся материал часто называют аккреционным клином или призмой. Эти аккреционные клинья могут быть связаны с офиолитами (поднятой океанической корой, состоящей из осадков, подушечных базальтов, покровных даек, габбро и перидотитов).

Субдукция также может вызвать горообразование без внесения океанического материала, который срастается с преобладающим континентом. Когда нижняя плита погружается под небольшим углом под континент (что-то, называемое «субдукцией плоской плиты»), погружающаяся плита может иметь достаточное сцепление с дном континентальной плиты, чтобы заставить верхнюю плиту сжиматься за счет складок, разломов, коры. утолщение и горообразование. Субдукция плоской плиты вызывает горообразование и вулканизм, перемещающийся на континент, подальше от желоба, и был описан в западной части Северной Америки (т.

Описанные выше процессы позволяют продолжать субдукцию, в то время как горообразование происходит одновременно, в отличие от орогенеза столкновения континентов, который часто приводит к прекращению субдукции.

Субдукция континентальной литосферы

Континенты втягиваются в зоны субдукции опускающейся океанической плитой, к которой они прикреплены. Там, где континенты прикреплены к океаническим плитам без субдукции, имеется глубокий бассейн, в котором накапливаются мощные толщи осадочных и вулканических пород, известный как пассивная окраина. Некоторые пассивные окраины имеют до 10 км осадочных и вулканических пород, покрывающих континентальную кору. По мере того, как пассивные окраины втягиваются в зону субдукции прикрепленной и обладающей отрицательной плавучестью океанической литосферой, осадочный и вулканический покров в основном счищается, образуя орогенный клин. Орогенный клин больше, чем большинство аккреционных клиньев, из-за объема материала, который необходимо срастить. Породы континентального фундамента под слабыми покровными свитами прочные и в основном холодные, и могут подстилаться слоем плотной мантии толщиной более 200 км. Континентальная плита, особенно если она старая, после сброса малоплотных покровных единиц уходит вниз в зону субдукции. Когда это происходит, метаморфические реакции увеличивают плотность пород континентальной коры, что приводит к меньшей плавучести.

В одном из исследований активного столкновения дуги Банда с континентом утверждается, что путем разделения слоев породы, которые когда-то покрывали континентальный фундамент, но теперь надвинуты друг на друга в орогенном клине, и измерения их длины можно получить минимальную оценку как далеко континент погрузился. Результаты показывают как минимум 229 километров субдукции северной части Австралийской континентальной плиты. Другим примером может быть продолжающееся движение Индии на север, которая погружается под Азию. Столкновение между двумя континентами началось около 50 млн лет назад, но все еще активно.

Столкновение Дуги с континентом и глобальный климат

В своем исследовании 2019 года Macdonald et al. предположил, что зоны столкновения дуги с континентами и последующая обдукция океанической литосферы, по крайней мере, частично ответственны за контроль над глобальным климатом. Их модель основана на столкновении дуги и континента в тропических зонах, где обнаженные офиолиты , состоящие в основном из основного материала, увеличивают «глобальную атмосферостойкость» и приводят к накоплению углерода в результате процессов силикатного выветривания. Это хранилище представляет собой поглотитель углерода , удаляя углерод из атмосферы и приводя к глобальному похолоданию. Их исследование связывает несколько фанерозойских офиолитовых комплексов, включая активную субдукцию дуги континента, с известными периодами глобального похолодания и оледенения. Следует отметить, что в этом исследовании циклы Миланковича не рассматриваются как движущая сила глобальной климатической цикличности.

Начало субдукции на Земле

Субдукция современного типа характеризуется низкими геотермическими градиентами и связанным с этим образованием низкотемпературных пород высокого давления, таких как эклогит и голубые сланцы . Точно так же на такие условия указывают горные массивы, называемые офиолитами , связанные с субдукцией в современном стиле. Ксенолиты эклогитов , обнаруженные в Северо-Китайском кратоне, свидетельствуют о том, что субдукция современного типа произошла по крайней мере 1,8  млрд лет назад в палеопротерозойскую эру . Сам эклогит образовался в результате океанической субдукции во время сборки суперконтинентов примерно 1,9–2,0 млрд лет назад.

Голубой сланец — порода, типичная для современных условий субдукции. Отсутствие голубых сланцев старше неопротерозоя отражает более богатый магнием состав океанической коры Земли в этот период. Эти более богатые магнием породы превращаются в зеленые сланцы в условиях, когда современные породы океанической коры превращаются в голубые сланцы. Древние породы, богатые магнием, означают, что мантия Земли когда-то была более горячей, но не то, что условия субдукции были более горячими. Ранее считалось, что отсутствие донеопротерозойских голубых сланцев указывает на другой тип субдукции. Обе линии доказательств опровергают предыдущие концепции субдукции современного типа, начавшейся в неопротерозойскую эру 1,0 млрд лет назад.

История расследования

Гарри Хаммонд Хесс , который во время Второй мировой войны служил в резерве ВМС США и был очарован дном океана, изучал Срединно-Атлантический хребет и предположил, что горячая расплавленная порода добавлялась к коре на хребте и расширяла морское дно наружу. Эта теория должна была стать известной как распространение морского дна . Поскольку окружность Земли не изменилась за геологическое время, Гесс пришел к выводу, что более старое морское дно должно быть поглощено где-то еще, и предположил, что этот процесс происходит в океанических желобах , где кора будет расплавляться и перерабатываться в мантию Земли .

В 1964 году Джордж Плафкер исследовал землетрясение Страстной пятницы на Аляске . Он пришел к выводу, что причиной землетрясения стала реакция меганадвига в Алеутской впадине , возникшая в результате наложения континентальной коры Аляски на океаническую кору Тихого океана. Это означало, что кора Тихого океана вытеснялась вниз или погружалась под кору Аляски. Концепция субдукции сыграла роль в развитии теории тектоники плит .

Первые геологические подтверждения слов «subduct» датируются 1970 годом. В обычном английском языке subduct или subduce (от латинского subducere «уводить») являются переходными глаголами , требующими от субъекта выполнения действия над объектом, а не самим собой, здесь нижняя пластина, которая затем была субдуцирована («удалена»). Геологический термин «потребляется», что происходит в геологический момент, когда нижняя плита проскальзывает под нее, даже если она может сохраняться в течение некоторого времени до ее переплавления и рассеивания. В этой концептуальной модели плита постоянно изнашивается. Личность субъекта, потребителя или агента потребления остается неустановленной. Некоторые источники принимают эту субъектно-объектную конструкцию.

Геология заставляет подчинить непереходный глагол и возвратный глагол . Сама нижняя пластина является предметом. Он погружается в смысле отступления или удаляется, и при этом является «погружающей плитой». Более того, слово « плита» специально относится к «погружающейся плите», хотя в английском языке верхняя плита — это такая же плита. Верхняя пластина осталась висеть, так сказать. Чтобы выразить это, геология должна переключиться на другой глагол, обычно to override . Верхняя пластина, субъект, выполняет действие переопределения объекта, нижняя пластина, которая переопределяется.

Важность

Зоны субдукции важны по нескольким причинам:

  • Физика зоны субдукции: погружение океанической литосферы (отложений, коры, мантии), по контрасту плотности между холодной и старой литосферой и горячим клином астеносферной мантии, является самой сильной силой (но не единственной), необходимой для движения плиты. движение и является доминирующим режимом мантийной конвекции .
  • Химия зоны субдукции: субдуктивные отложения и кора дегидратируются и выделяют богатые водой ( водные ) флюиды в вышележащую мантию, вызывая плавление мантии и фракционирование элементов между поверхностными и глубинными мантийными резервуарами, образуя островные дуги и континентальную кору . Горячие флюиды в зонах субдукции также изменяют минеральный состав погружающихся отложений и, возможно, возможность обитания микроорганизмов в отложениях.
  • Зоны субдукции тянут вниз субдуцированные океанические отложения, океаническую кору и мантийную литосферу, которые взаимодействуют с горячей астеносферной мантией с надвигающейся плиты с образованием расплавов известково-щелочной серии, рудных месторождений и континентальной коры.
  • Зоны субдукции представляют серьезную угрозу для жизни, собственности, экономической жизнеспособности, культурных и природных ресурсов и качества жизни. Огромные магнитуды землетрясений и извержений вулканов также могут иметь побочные эффекты с глобальными последствиями.

Зоны субдукции также рассматривались как возможные места захоронения ядерных отходов , в которых само действие субдукции перенесет материал в планетарную мантию , на безопасное расстояние от любого возможного влияния на человечество или окружающую среду на поверхности. Однако этот метод утилизации в настоящее время запрещен международным соглашением. Кроме того, зоны субдукции плит связаны с очень сильными мегаземлетрясениями , что делает последствия использования любого конкретного места для захоронения непредсказуемыми и, возможно, неблагоприятными для безопасности долгосрочного захоронения.

Смотрите также

Рекомендации

Дополнительное чтение

Внешние ссылки