Подводные горы помогают смягчить «медленные» землетрясения | Наука

В 2001 году ученые-геологи сообщили о и совершенно нового типа в зоне субдукции, шве, где тектоническая плита океанской коры погружается под континент. Ранее считалось, что зоны субдукции ведут себя одним из двух способов: либо ползут неуклонно и плавно, вообще без каких-либо толчков, либо застревают на десятилетия или столетия, а затем катастрофически разрываются в результате сильнейших в мире землетрясений. Но геологи теперь знают, что зоны субдукции часто выбирают срединный путь: датчики GPS показали, что они могут проскальзывать при тихих, почти незаметных землетрясениях, которые длятся недели или месяцы. Чего они не знали, так это почему.

Данные из зоны субдукции Хикуранги в Новой Зеландии теперь предполагают, что эти события «медленного скольжения» часто зависят от подводных гор, подводных вулканов, которые в большом количестве усеивают морское дно. Вы можете ожидать, что гора, поглощенная разломом, станет камнем преткновения. Но оказывается, что жиром служат многие подводные горы, говорит Натан Бэнгс, морской геофизик из Техасского университета (Юта) в Остине и ведущий автор нового исследования. 3D съемка Хикурангиопубликованный ранее в этом месяце в Геофизические науки о природе. «Многие интуиции, кажется, здесь неприменимы, — говорит он. «Вы думаете, что он делает одно, а он делает что-то другое».

События с медленным скольжением — это не просто академическое любопытство, добавляет Лаура Уоллес, геодезист UT Austin. «Понимание того, где происходит медленное скольжение, а где заблокированы разломы, важно для оценки сейсмической опасности», — говорит она. И что более загадочно, двум недавним землетрясениям в зоне субдукции, в том числе гигантскому землетрясению Тохоку в Японии в 2011 году, предшествовали медленные сдвиги — и, возможно, они были вызваны ими. Но отношения мутные. «Мы сильно запутались в этом вопросе, — говорит Эмили Бродски, физик-землетрясатель из Калифорнийского университета в Санта-Круз.

Зона субдукции Хикуранги, которая погружается под восточное побережье северного острова Новой Зеландии вдоль желоба на морском дне, является горячей точкой для исследования медленных сдвигов, поскольку движение происходит в мелководной зоне всего в нескольких километрах ниже морского дна. В 2018 году Маркус Лангсетамериканский корабль, занимающийся сейсмической съемкой, нанес на карту часть разлома с такой степенью детализации, которая обеспечила «беспрецедентный взгляд на зону субдукции», — говорит Бэнгс.

Лангсет пересек регион, буксируя длинные веревки гидрофонов, чтобы поймать отражения от почти 150 000 выстрелов из пневматических пушек, которые проникают в воду и отражаются от слоев отложений и камней под морским дном. Кроме того, японские ученые покрыли морское дно 97 сейсмометрами морского дна. Кампания породила поток данных, на сбор которых у подрядчика ушло больше года. Когда результаты были представлены на конференции в 2022 году, «у людей отвисли челюсти», — говорит Уоллес.



На 3D-изображениях была обнаружена подводная гора высотой 2 км, застрявшая в зоне субдукции на глубине 4,5 км ниже морского дна. «Мы поймали его в процессе погружения», — говорит Бэнгс. «Мы можем видеть структуры, которые он создает, и то, как они размещаются». Примечательна была не только сама подводная гора, но и отбрасываемая ею тень. Подобно свинцовому блокатору перед бегущей спиной, подводная гора защищала груду заболоченных отложений морского дна длиной почти 20 километров, не давая ее смыть верхней плитой. Эта вода может смазывать части границы плиты на глубинах, до которых иначе было бы невозможно добраться, предотвращая полное запирание, говорит Кристин Чесли, морской геофизик из Океанографического института Вудс-Хоул.

Тень осадка — это «огромный результат», — говорит Чесли. Но это не единственный способ для подводных гор доставлять воду на глубину. Чесли участвовал в электромагнитной съемке Хикуранги в 2018 и 2019 годах. Группа донных электродов, чувствительных к проводимости воды, зафиксировала погружающуюся подводную гору, которая, по-видимому, имела проводящую внутреннюю часть, покрытую тонкой резистивной коркой. Это говорит о том, что вулканические породы внутри подводной горы также были богаты водой, заключенной в непроницаемую шапку, заключила команда. «Этот материал влажный и непрочный», — говорит Аке Фагеренг, геолог из Университета Кардиффа.

Возможно, даже более важными, чем вода, которую несут подводные горы, являются скользкие отложения, которые они сбрасывают, медленно разрушаясь в течение миллионов лет. В 2018 году Уоллес был одним из руководителей морской буровой экспедиции в Хикуранги, в ходе которой было извлечено много глинистых отложений, богатых минералом смектитом, часто используемым в нефтегазовой промышленности в качестве смазки в буровых растворах. В лабораторных экспериментах, предназначенных для воссоздания давления и тепла зоны субдукции, эти глины не становятся достаточно жесткими, чтобы сцепляться и разрушаться при сильных землетрясениях, но могут выдерживать медленное скольжение, обнаружили Уоллес и ее соавторы в статье, опубликованной ранее. год в Наука.

Еще неизвестно, играют ли подводные горы аналогичную роль в других зонах субдукции. Многие из подводных гор Хикуранги когда-то были обнажены над уровнем моря, что могло привести к усилению эрозии и образованию большего количества глины. По словам Фагеренг, неглубокая зона субдукции также может способствовать медленному скольжению, в отличие от более глубоких зон.

В этом месяце американские ученые посещают коллег в Чили, чтобы обсудить запланированное сотрудничество под названием СЗ4Д, который будет изучать события медленного скольжения в чилийской зоне субдукции. Но до этого проекта, если он будет финансироваться, еще далеко. Тем временем трехмерные сейсмические данные Бэнгса теперь открыты для использования другими учеными, а датчики в скважинах, пробуренных в Хикуранги, зафиксировали несколько новых медленных проскальзываний. Бэнгс говорит, что приходит больше информации. «Это действительно откроет нам глаза на то, что здесь происходит».