Зона Вадати-Беньоффа (также зона Бениоффа-Вадати , зона Беньоффа или сейсмическая зона Бениоффа ) представляет собой плоскую зону сейсмичности, соответствующую опускающейся 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 Кийо Вадати из Японского метеорологического агентства , которые независимо открыли эти зоны. [2]
Землетрясения в зоне Вадати-Беньоффа развиваются под вулканическими островными дугами и на окраинах континентов над активными зонами субдукции. [3] Они могут образоваться в результате скольжения по субдукционному надвигу или скольжения по разломам внутри нисходящей плиты в результате изгиба и растяжения по мере втягивания плиты в мантию. [4] Глубокофокусные землетрясения в этой зоне позволяют сейсмологам составить карту трехмерной поверхности погружающейся плиты океанической коры и мантии.
В 1949 году Хьюго Бениофф представил метод определения приращения упругой деформации при землетрясениях на конкретном разломе. [5] Он определил, что квадратный корень из энергии землетрясения пропорционален как приращению деформации упругого отскока, так и смещению отскока, и разработал способ определения того, возникла ли серия землетрясений вдоль одной структуры разлома. Его исследования были сосредоточены на зоне субдукции Кермадек-Тонга и зоне субдукции Южной Америки, и он установил, что в обоих местах очаги землетрясений падают по плоскостям, падающим на ~ 45 ° от траншей. [5] Эти плоскости сейсмичности позже были названы зонами Беньоффа или зонами Вадати-Беньоффа по имени Кийо Вадати , который сделал аналогичные наблюдения двадцатью годами ранее. [6]
Угол падения погружающейся плиты и, следовательно, сейсмической зоны Бениоффа в основном контролируется отрицательной плавучестью плиты и силами течения астеносферы . Более молодая литосфера более горячая и более плавучая, что приводит к образованию зон Беньоффа с неглубоким падением, тогда как более старая литосфера более плотная и холодная, что приводит к более крутому падению. [7] Зона Беньоффа простирается от приповерхностной зоны до глубин до 670 км. Верхняя граница находится сразу 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 вызываются надвигами на границу раздела двух плит, поскольку астеносфера слаба и не может выдерживать напряжения, необходимые для разломов. В этом регионе источником землетрясений является внутренняя деформация еще прохладной опускающейся плиты. До глубин до 300 км основными причинами сейсмичности являются реакции дегидратации и образования эклогитов . Ниже 300 км, начиная примерно с изотермы 700 ° C, происходит минералогический переход фазы от оливина к шпинели , который считается доминирующим механизмом этих очень глубоких землетрясений. [9]
В некоторых случаях в зонах субдукции наблюдаются две параллельные поверхности сейсмичности, разделенные десятками километров на средних глубинах (50–200 км). [10] Главный пример этого расположен вдоль крупнейшего острова Японии Хонсю, где зона Вадати-Беньоффа характеризуется двумя четко выраженными 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 сейсмическая поверхность находится в коре опускающейся плиты и объясняется реакциями дегидратации внутри этой океанической коры, приводящими к образованию эклогита. Механизм возникновения нижней зоны сейсмичности, расположенной в верхней мантийной части нисходящей литосферы, до сих пор дискутируется; [10] повсеместное распространение двойных зон Бениоффа по всему миру указывает на то, что это, должно быть, процесс, который обычно происходит в зонах субдукции. Некоторые из предполагаемых механизмов нестабильности включают дегидратационное охрупчивание, вызванное разрушением антигорита или хлорита в верхней мантии гидратированного перидотита [12] и разгибание плиты. [10] Наблюдения сейсмических исследований показывают, что литосферная мантия на промежуточных глубинах, где встречаются двойные зоны Бениоффа, сухая, что способствует предложенному механизму разгибания плит. [10]