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]
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]
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 землетрясений от очага до станции регистрации лишь один раз проходит через неоднородную верхнюю мантию и сильно изменчивую кору . [3] Таким образом, объемные волны подвергаются меньшему затуханию и реверберации , чем сейсмические волны от неглубоких землетрясений, что приводит к резким пикам объемных волн.
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 сокращения 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]
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 недостаточно изучен. 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 излагаются 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.
Самым ранним предложенным механизмом генерации глубокофокусных землетрясений является имплозия вследствие фазового перехода материала в фазу с более высокой плотностью и меньшим объемом. [3] Фазовый переход оливин - шпинель , как полагают, 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]
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 [ 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]
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, аналогичному мелкоочаговому землетрясению. 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 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.
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 землетрясение в Охотском море магнитудой 8,3 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.
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 глубокие землетрясения в этом регионе включают землетрясение с магнитудой 7,7 в 1972 году и землетрясения с магнитудой 7,6, 7,5 и 7,3 на Минданао в 2010 году .
Австралийская плита погружается под плиту Сунда , создавая поднятие на большей части южной Индонезии , а также землетрясения на глубинах до 675 километров (419 миль). [8] Известные глубокие землетрясения в этом регионе включают землетрясение магнитудой 7,9 балла в 1996 году и землетрясение магнитудой 7,5 балла в 2007 году.
Безусловно, самая активная зона глубокого разлома в мире вызвана погружением Тихоокеанской плиты под Австралийскую плиту , плиту Тонга и плиту Кермадек . Землетрясения были зарегистрированы на глубине более 735 километров (457 миль), [9] самой глубокой 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.
Поддукция 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 землетрясение в Боливии с магнитудой 8,2 в 1994 году (глубина 631 км), землетрясение в Колумбии с магнитудой 8,0 в 1970 году (глубина 645 км) и землетрясение в Перу в 1922 году с магнитудой 7,9 (глубина 475 км). .
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]
В Тирренском море к западу от Италии происходит большое количество глубоких землетрясений на глубине до 520 километров (320 миль) под поверхностью. [15] Однако очень мало землетрясений происходит в регионе глубиной менее 100 километров (62 миль), 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 анатолийские микроплиты.
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 , самые глубокие землетрясения сосредоточены в наиболее глубоко погруженных частях плиты. [18]
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]
Самым сильным глубокофокусным землетрясением в сейсмических записях 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 магнитудой 4,2 в Вануату на глубине 735,8 км (457,2 миль) в 2004 году. [22] Однако, хотя и не подтверждено, было обнаружено, что афтершок землетрясения Огасавара 2015 года произошел на глубине 751 км (467 миль). [23]