Тройной стык — это точка, где встречаются границы трех тектонических плит . В тройном стыке каждая из трех границ будет одного из трех типов — хребта (R), впадины (T) или трансформного разлома (F) — и тройные стыки можно описать в соответствии с типами границ плит, которые встречаются в них (например, разлом-разлом-впадина, хребет-хребет-хребет или сокращенно FFT, RRR). Из десяти возможных типов тройных стыков только несколько являются стабильными во времени («стабильные» в этом контексте означает, что геометрическая конфигурация тройного стыка не изменится в течение геологического времени). Встреча четырех или более плит также теоретически возможна, но стыки будут существовать только мгновенно. [1]
Первая научная работа, подробно описывающая концепцию тройного стыка, была опубликована в 1969 году Дэном Маккензи и У. Джейсоном Морганом . [2] Этот термин традиционно использовался для обозначения пересечения трех расходящихся границ или спрединговых хребтов. Эти три расходящиеся границы в идеале встречаются под углом около 120°.
В теории тектоники плит во время распада континента образуются три расходящиеся границы, исходящие из центральной точки (тройного стыка). Одна из этих расходящихся границ плит разрушается (см. авлакоген ), а две другие продолжают расширяться, образуя океан. Раскрытие южной части Атлантического океана началось на юге южноамериканского и африканского континентов , достигнув тройного стыка в нынешнем Гвинейском заливе , откуда оно продолжилось на запад. Прогиб Бенуэ , простирающийся на северо-восток, является несостоявшимся рукавом этого стыка. [3]
С тех пор термин «тройное соединение» стал обозначать любую точку, где встречаются три тектонические плиты.
Свойства тройных стыков легче всего понять с чисто кинематической точки зрения, когда плиты жесткие и движутся по поверхности Земли. Тогда не требуется никаких знаний о недрах Земли или геологических подробностях коры. Другое полезное упрощение заключается в том, что кинематика тройных стыков на плоской Земле по сути такая же, как и на поверхности сферы. На сфере движения плит описываются как относительные вращения вокруг полюсов Эйлера (см. Реконструкция плиты ), и относительное движение в каждой точке вдоль границы плиты может быть рассчитано из этого вращения. Но область вокруг тройного стыка достаточно мала (относительно размера сферы) и (обычно) достаточно далека от полюса вращения, так что относительное движение через границу можно считать постоянным вдоль этой границы. Таким образом, анализ тройных стыков обычно можно выполнить на плоской поверхности с движениями, определяемыми векторами.
Тройные стыки могут быть описаны и их устойчивость оценена без использования геологических деталей, а просто путем определения свойств хребтов , траншей и трансформных разломов, участвующих в них, делая некоторые упрощающие предположения и применяя простые расчеты скорости. Эта оценка может быть обобщена для большинства фактических настроек тройных стыков, при условии, что предположения и определения широко применяются к реальной Земле.
Стабильное соединение — это соединение, геометрия которого сохраняется со временем, поскольку вовлеченные плиты движутся. Это накладывает ограничения на относительные скорости и ориентацию границ плит. Нестабильное тройное соединение будет меняться со временем, либо становясь другой формой тройного соединения (соединения RRF легко эволюционируют в соединения FFR), либо изменит геометрию, либо будет просто невозможным (как в случае соединений FFF). Считается, что присущая соединению FFF нестабильность стала причиной образования Тихоокеанской плиты около 190 миллионов лет назад. [4]
Предполагая, что плиты жесткие, а Земля сферическая, теорему Леонарда Эйлера о движении на сфере можно использовать для сведения оценки устойчивости к определению границ и относительных движений взаимодействующих плит. Жесткое предположение очень хорошо выполняется в случае океанической коры , а радиус Земли на экваторе и полюсах изменяется всего лишь примерно на одну часть из 300, поэтому Земля очень хорошо приближается к сфере.
Маккензи и Морган [5] впервые проанализировали устойчивость тройных стыков, используя эти предположения с дополнительным предположением, что полюса Эйлера, описывающие движения пластин, были такими, что они приближались к прямолинейному движению на плоской поверхности. Это упрощение применяется, когда полюса Эйлера удалены от соответствующего тройного стыка. Определения, которые они использовали для R, T и F, следующие:
Для существования тройного соединения между пластинами A, B и C необходимо выполнение следующего условия:
где A v B — относительное движение B относительно A.
Это условие можно представить в пространстве скоростей, построив треугольник скоростей ABC, где длины AB, BC и CA пропорциональны скоростям A v B , B v C и C v A соответственно.
Для того чтобы тройной стык существовал стабильно, должны быть выполнены дополнительные условия: плиты должны двигаться таким образом, чтобы их индивидуальная геометрия оставалась неизменной. В качестве альтернативы тройной стык должен двигаться таким образом, чтобы оставаться на всех трех вовлеченных границах плит.
Маккензи и Морган [6] продемонстрировали, что эти критерии могут быть представлены на тех же диаграммах пространства скоростей следующим образом. Линии ab, bc и ca соединяют точки в пространстве скоростей, что оставит геометрию AB, BC и CA неизменной. Эти линии те же самые, что соединяют точки в пространстве скоростей, в которых наблюдатель мог бы двигаться с заданной скоростью и все еще оставаться на границе пластины. Когда они наносятся на диаграмму, содержащую треугольник скоростей, эти линии должны иметь возможность встретиться в одной точке, чтобы тройное соединение существовало стабильно.
Эти линии обязательно параллельны границам плит, поскольку для того, чтобы оставаться на границах плит, наблюдатель должен либо двигаться вдоль границы плиты, либо оставаться неподвижным на ней.
Точка, в которой эти линии пересекаются, J, показывает общее движение тройного соединения относительно Земли.
Используя эти критерии, можно легко показать, почему тройной стык FFF нестабилен: единственный случай, в котором три линии, лежащие вдоль сторон треугольника, могут встретиться в точке, — это тривиальный случай, в котором треугольник имеет нулевые длины сторон, что соответствует нулевому относительному движению между плитами. Поскольку для целей этой оценки требуется, чтобы разломы были активными, стык FFF никогда не может быть стабильным.
Маккензи и Морган определили, что теоретически возможны 16 типов тройных соединений, хотя некоторые из них являются спекулятивными и не обязательно наблюдались на Земле. Эти соединения были классифицированы, во-первых, по типам встреч границ плит — например, RRR, TTR, RRT, FFT и т. д. — и, во-вторых, по относительным направлениям движения вовлеченных плит. Некоторые конфигурации, такие как RRR, могут иметь только один набор относительных движений, тогда как соединения TTT могут быть классифицированы как TTT(a) и TTT(b). Эти различия в направлении движения влияют на критерии устойчивости.
Маккензи и Морган утверждали, что из этих 16 типов 14 были стабильными, а конфигурации FFF и RRF — нестабильными, однако Йорк [7] позже показал, что конфигурация RRF может быть стабильной при определенных условиях.
RRR-стык всегда стабилен, если использовать эти определения, и поэтому очень распространен на Земле, хотя в геологическом смысле распространение хребта обычно прекращается в одном направлении, оставляя неудавшуюся рифтовую зону . Существует множество примеров этого как в настоящее время, так и в геологическом прошлом, таких как Южно-Атлантическое отверстие с хребтами, распространяющимися на север и юг, образуя Срединно-Атлантический хребет , и связанный с ним авлакоген , желоб Бенуэ , в районе дельты Нигера в Африке. RRR-стыки также распространены, поскольку рифтинг вдоль трех разломов под углом 120° является наилучшим способом снятия напряжений от подъема на поверхности сферы; на Земле напряжения, подобные этим, как полагают, вызваны горячими точками мантии, которые, как считается, инициируют рифтинг на континентах.
Устойчивость RRR-соединений продемонстрирована ниже: поскольку перпендикуляры, проведенные к серединам сторон треугольника, всегда пересекаются в одной точке, линии ab, bc и ca всегда можно свести вместе независимо от относительных скоростей.
Стыки RTF встречаются реже, нестабильный стык этого типа (RTF(a)) предположительно существовал примерно 12 млн лет назад в устье Калифорнийского залива , где Восточно-Тихоокеанское поднятие в настоящее время встречается с зоной разлома Сан-Андреас . [8] Микроплиты Гваделупы и Фараллон ранее были погружены под Северо-Американскую плиту , и северный конец этой границы встретился с разломом Сан-Андреас . Материал для этой субдукции был предоставлен хребтом, эквивалентным современному Восточно-Тихоокеанскому поднятию, слегка смещенным к западу от желоба. Поскольку сам хребет был погружен, тройное соединение RTF на мгновение существовало, но субдукция хребта заставила субдуцированную литосферу ослабнуть и «разорваться» от точки тройного соединения. Потеря натяжения плиты, вызванная отсоединением этой литосферы, завершила соединение RTF, дав современную систему хребет – разлом. RTF(a) является стабильным, если ab проходит через точку в пространстве скоростей C или если ac и bc коллинеарны.
Соединение TTT(a) можно найти в центральной Японии, где Евразийская плита перекрывает Филиппинскую и Тихоокеанскую плиты , а Филиппинская плита также перекрывает Тихоокеанскую. Здесь Японский желоб фактически разветвляется, образуя дуги Рюкю и Бонин . Критерии устойчивости для этого типа соединения: либо ab и ac образуют прямую линию, либо линия bc параллельна CA.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )