Зона Вадати–Бениоффа (также зона Бениоффа–Вадати или зона Бениоффа или сейсмическая зона Бениоффа ) — это плоская зона сейсмичности, соответствующая нисходящей плите в зоне субдукции . [1] Дифференциальное движение вдоль зоны вызывает многочисленные землетрясения , очаги которых могут находиться на глубине около 670 км (420 миль). Термин был назван в честь двух сейсмологов , Хьюго Бениоффа из Калифорнийского технологического института и Кию Вадати из Японского метеорологического агентства , которые независимо друг от друга открыли эти зоны. [2]
Землетрясения зоны Вадати-Бениоффа возникают под вулканическими островными дугами и континентальными окраинами над активными зонами субдукции. [3] Они могут быть вызваны скольжением вдоль субдукционного надвига или скольжением по разломам внутри нисходящей плиты в результате изгиба и растяжения по мере того, как плита втягивается в мантию. [4] Глубокофокусные землетрясения вдоль зоны позволяют сейсмологам картировать трехмерную поверхность погружающейся плиты океанической коры и мантии.
В 1949 году Хьюго Бениофф представил метод определения приращений упругой деформации отскока землетрясений на определенном разломе. [5] Он определил, что квадратный корень энергии землетрясения пропорционален как приращению упругой деформации отскока, так и смещению отскока, и разработал способ определения того, была ли серия землетрясений сгенерирована вдоль одной структуры разлома. Его исследования были сосредоточены на зоне субдукции Кермадек-Тонга и южноамериканской зоне субдукции, и определил, что в обоих местах очаги землетрясений падают вдоль плоскостей, наклоненных под углом ~45° от желобов. [5] Эти плоскости сейсмичности позже были названы зонами Бениоффа или зонами Вадати-Бениоффа по имени Кийоо Вадати , который сделал аналогичные наблюдения двадцатью годами ранее. [6]
Угол падения погружающейся плиты и, следовательно, сейсмическая зона Бениоффа, в основном контролируется отрицательной плавучестью плиты и силами течения астеносферы . Более молодая литосфера более горячая и более плавучая, что приводит к неглубокому падению зон Бениоффа, тогда как более старая литосфера более плотная и холодная, что приводит к более крутым падениям. [7] Зона Бениоффа простирается от почти поверхности до глубины до 670 км. Верхняя граница находится прямо под слабыми осадками в носке клина зоны субдукции, а нижняя граница - там, где происходит хрупко-пластичный переход. Большинство землетрясений происходит в пределах изотермы 1000 °C, внутри плиты, которая еще не нагрелась до температуры окружающей мантии, в которую она погружается. [8] На глубинах ниже толщины литосферы землетрясения больше не генерируются надвигами на границе двух плит, потому что астеносфера слаба и не может выдерживать напряжения, необходимые для разлома. В этом регионе внутренняя деформация все еще холодной нисходящей плиты является источником землетрясений. До глубины 300 км основными причинами сейсмичности являются реакции дегидратации и образование эклогита . Ниже 300 км, начиная примерно с изотермы 700 °C, происходит минералогический фазовый переход от оливина к шпинели , и считается, что это доминирующий механизм землетрясений этих очень глубоких землетрясений. [9]
В некоторых случаях зоны субдукции показывают две параллельные поверхности сейсмичности, разделенные десятками километров на промежуточных глубинах (50–200 км). [10] Основной пример этого расположен вдоль крупнейшего острова Японии Хонсю, где зона Вадати-Бениоффа характеризуется двумя четко определенными линиями очагов землетрясений, с расстоянием между каждой линией 30–40 километров. [11] Исследование глобальной распространенности двойных зон Бениоффа показало, что они распространены в зонах субдукции по всему миру. [12]
Самая верхняя поверхность сейсмичности находится в коре нисходящей плиты и приписывается реакциям дегидратации внутри этой океанической коры, приводящим к образованию эклогита. Механизм, лежащий в основе нижней зоны сейсмичности, расположенной в верхней мантийной части нисходящей литосферы, все еще обсуждается; [10] глобальная повсеместность двойных зон Беньоффа указывает на то, что это должен быть процесс, который обычно происходит в зонах субдукции. Некоторые из предлагаемых механизмов нестабильности включают дегидратационную хрупкость, вызванную распадом антигорита или хлорита в гидратированной перидотитовой верхней мантии, [12] и разгибание плиты. [10] Наблюдения из сейсмических исследований показывают, что литосферная мантия на промежуточных глубинах, где встречаются двойные зоны Беньоффа, сухая, что благоприятствует предлагаемому механизму разгиба плиты. [10]