Тектоническое положение и основные типы зон субдукции. Удивительные явления - спрединг и субдукция Зоны субдукции

Если постоянно возникает так много нового морского дна, а Земля не расширяется (и существует достаточно доказательств этого), тогда, чтобы компенсировать этот процесс, что‑то на глобальной коре должно разрушаться. Именно это происходит на окраинах большей части Тихого океана. Здесь литосферные плиты сближаются, и на их границах одна из сталкивающихся плит погружается под другую и уходит глубоко внутрь Земли. Такие участки столкновения плит называются зонами субдукции (погружения, подныривания одной плиты под другую); на поверхности Земли они отмечаются глубокими океаническими рвами (желобами) и активными вулканами (рис. 5.4). Грандиозные цепи вулканов, образующие так называемое огненное кольцо, протянувшееся вдоль берегов Тихого океана, – Анды, Алеутские острова, а также вулканы Камчатки, Японии и Марианских островов – все они обязаны своим существованием явлению субдукции.

Рис. 5.4. Схематический поперечный разрез зоны субдукции (верхняя часть, не в масштабе) показывает литосферную плиту, опускающуюся в глубины мантии, и активные вулканы над нею. В нижней части рисунка точками изображены положения очагов землетрясений, зафиксированных под желобом Тонга в юго‑западной части Тихого океана. В совокупности они отмечают расположение погружающейся плиты до глубины приблизительно 700 километров. Отметки на горизонтальной шкале показывают расстояние от желоба. Составлено с частичным использованием рисунка 4‑10 из книги П. Дж. Уилли «Как работает Земля». Изд‑во «Джон Уайли и Сыновья», 1976.

Никто не может точно сказать, как именно начинается субдукция, когда две плиты начинают сближаться, но ключом к их взаимодействию является, по‑видимому, плотность пород. Плотная океаническая кора может подвергнуться субдукции, исчезнув в глубине Земли почти бесследно, в то время как сравнительно легкие континенты всегда остаются на поверхности. Вот почему дно океанов всегда молодо, а континенты стары: морское дно не только непрерывно образуется в разломах океанических хребтов, но и постоянно уничтожается в зонах субдукции. Как мы уже видели, отдельные части континентов имеют возраст почти четыре миллиарда лет, в то время как самые древние части морского дна не старше 200 миллионов лет. Один из первых пропагандистов идеи континентального дрейфа сравнил континенты с пеной, накапливающейся на поверхности кастрюли с кипящим супом, – живое, хотя не сказать, чтобы очень точное сравнение.

Реальность субдукции подтверждается землетрясениями, которые ее сопровождают. Хотя сейсмичность является характерной особенностью всех типов границ между плитами, только зоны субдукции отличаются глубокими землетрясениями, которые происходят на глубине 600 километров или более. Глубокие землетрясения были известны задолго до того, как тектоника плит приобрела популярность. В 1928 году японский сейсмолог К. Вадати сообщил о землетрясениях, происшедших под Японией на глубине нескольких сот километров. Приблизительно через двадцать лет другой геофизик, Хуго Бениоф, показал, что и в других частях света существуют «большие разломы», отмечающиеся частыми землетрясениями, которые погружаются глубоко в мантию из океанских рвов, как бы продолжая их на глубину. Он описал несколько таких разломов, расположенных как вдоль западного побережья Южной Америки, так и на юго‑западе Тихого океана в желобе Тонга. Эти области в то время не были интерпретированы как зоны субдукции и лишь позднее стало ясно, что эти гигантские плоско‑наклонные зоны повышенной сейсмичности точно следуют по пути плит, погружающихся внутрь мантии (рис. 5.4). Землетрясения возникают потому, что погружающиеся в горячую мантию части океанических плит остаются сравнительно холодными, в противоположность окружающим их породам мантии, остаются даже на больших глубинах настолько хрупкими, что в них могут возникать трещины, порождающие землетрясения. Некоторые из самых глубоких землетрясений могут также возникать по той причине, что минералы в погружающихся частях плит становятся неустойчивыми в обстановке больших давлений, которым они там подвергаются, и разрушаются внезапно, образуя более плотные минералы, резко изменяя при этом свой объем.

В противоположность сравнительно спокойным прорывам базальтовой лавы вдоль осей расхождения плит, вулканизм, свойственный зонам субдукции, часто проявляется очень бурно. Хотя эта вулканическая активность Земли и создает потрясающе прекрасные вулканы, как, например, гора Фудзи в Японии, она также вносит свой вклад во множество катастроф, сопровождающих историю Земли. Примерами таких катастроф являются погребение древнего римского города Помпеи под слоем горячего вулканического пепла, выброшенного соседним вулканом Везувий, грандиозное уничтожение всего живого вокруг в результате взрыва вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году и совсем недавно взрыв вулкана Пинатубо на Филиппинских островах в 1991 году. Почему существует вулканизм в зонах субдукции? В главе 2 мы намекнули на возможный ответ: океанические плиты содержат воду. В мощных толщах осадков, накапливающихся на океанском дне, по мере того как оно движется от места своего образования у хребтов к месту своего уничтожения в зонах субдукции, накапливается вода. Кроме того, во время этого долгого путешествия происходит реакция некоторых минералов базальтовой коры с морской водой и образуются другие, водосодержащие минералы. Хотя во время столкновения плит часть этих осадков соскребается с опускающейся плиты и выбрасывается на сушу, другая их часть уносится в мантию на значительные глубины. Во время опускания этих осадков вдоль зоны субдукции большая часть свободной воды, содержащейся в порах между зернами, выжимается увеличившимся давлением и пробивается обратно на поверхность. Но какая‑то ее часть остается, как и вода, связанная в структуре минералов коры. В конце концов увеличивающиеся температура и давление изгоняют из пород и эту воду, и она просачивается в мантию в верхней части зоны субдукции. Именно этот процесс вызывает вулканизм. На тех глубинах, где вода изгоняется из пор и из самих минералов, окружающая мантия уже весьма горяча, а добавление воды понижает температуру плавления пород настолько, что это плавление начинается. Этот принцип должен быть знаком жителям северных городов, которые зимой рассыпают на улицах соль, чтобы понизить температуру плавления (таяния) льда.

Во всех субдукционных зонах Земли активный вулканизм неизбежно возникает приблизительно на одной и той же высоте над опускающейся плитой, а именно – около 150 километров. Такова приблизительно глубина, на которой разрушаются водосодержащие минералы,

освобождая воду, которая способствует плавлению. Характерным для этой обстановки типом пород является андезит, получивший свое название, как вы можете догадаться, по названию горной цепи в Южной Америке (Анды), где эта порода весьма распространена. Лабораторные эксперименты показывают, что андезит представляет собой именно ту породу, образование которой следовало бы ожидать, если породы мантии расплавить в присутствии воды, выделившейся из погрузившейся плиты; эта вода объясняет также взрывной, бурный характер вулканизма, свойственного зонам субдукции. По мере приближения магмы к земной поверхности растворенная в ней вода и другие летучие компоненты в ответ на понижение давления быстро расширяются; это расширение часто имеет характер взрыва.

Многие из самых крупных землетрясений происходят вдоль зон субдукции. Это и не удивительно, если подумать, что происходит в этих областях: два гигантских куска земной коры, каждый толщиной около 100 километров, сталкиваются друг с другом, причем одна плита вталкивается под другую. К несчастью, некоторые районы, расположенные вблизи зон субдукции, очень плотно заселены. Мы можем предсказать со стопроцентной уверенностью, что в таких областях мощные разрушительные землетрясения будут продолжаться; вряд ли это будет большим утешением перед перспективой таких катастрофических событий, как землетрясение в Кобэ в Японии, происшедшее в начале 1995 года.

И все же Земля – это динамичная планета; даже зоны субдукции существуют не вечно, по крайней мере с точки зрения геологического времени. В конце концов они перестают действовать, и где‑нибудь образуются другие. Какие же события могут остановить процесс субдукции?

Чаще всего это столкновение между континентами после того, как океаническая кора, существовавшая между ними, оказывается израсходованной в процессе субдукции. Вспомним, что очень часто литосферные плиты состоят из континентальной и океанической коры. В то время как сама плита, может быть, и безразлична к природе своих пассажиров, этого нельзя сказать о зоне субдукции. Она просто не в состоянии заглотить континентальную кору с ее низкой плотностью. Поэтому, когда океанический бассейн в конце концов закрывается благодаря субдукции, два обломка континентальной коры просто сталкиваются и припаиваются друг к другу; субдукция прекращается. Упрощенный набросок такого процесса показан на рис. 5.5. Он не так уж прост, как можно подумать по приведенному описанию; в типичном случае столкновение между континентами сопровождается мощным вулканизмом, метаморфизмом и горообразованием и занимает очень много времени.

Пожалуй, самым выдающимся примером такого процесса, взятым из недавнего прошлого, является столкновение между Индией и Азией, более подробно описанное в главе 11, в результате которого возникли Гималаи. Когда‑то давным‑давно на том месте, где сейчас располагаются Гималаи, существовала зона субдукции, вдоль которой находящаяся южнее плита погружалась на север под Азию, а между Азией и континентом Индии, который располагался южнее, находился обширный океан. Породы Гималаев и Тибетского плато свидетельствуют, что эта ситуация продолжалась очень долгое время, в течение которого много мелких фрагментов плавучей континентальной коры, перемещенных вместе с этой океанической плитой, прибыло с юга к зоне субдукции и приклеилось к южному краю Азии. Но постепенно дно океана было поглощено зоной субдукции, в результате чего Индия притянулась к северу. Между 50 и 60 миллионами лет назад угол этого континента достиг зоны субдукции и стал прижиматься к Азии. Инерция его движения заставила северную часть Индии проскользнуть под южную часть азиатской плиты, образуя участок континентальной коры толщиной в два раза больше, чем где‑либо еще в мире. Осадки, смытые с окраин двух сближенных континентов еще до их столкновения, вулканические острова, существовавшие вдоль их краев, и породы самих континентов попали в ловушку гигантского столкновения, были смяты в систему параллельных складок, разбиты на блоки системой разломов и метаморфизованы. В результате образовалась самая высокая горная цепь и самое большое плоскогорье на Земле.

Рис. 5.5. Схематический разрез, показывающий, как процесс субдукции может закрыть океанский бассейн и привести к столкновению континенты, образуя огромные горные системы типа Гималаев.

Обширная горная страна Гималаев все еще считается границей плиты, потому что до сих пор существует относительное движение между Азией и Индией. Эта страна пока поднимается; там довольно часты землетрясения. Действительно, землетрясения, снимающие напряжения, возникающие в земной коре, происходят в наши дни уже вдали от зоны столкновения, особенно в Китае, как результат того факта, что части Азии были сжаты и повернуты к востоку в момент, когда обе плиты устремились друг на друга. Однако в конце концов, когда прекратится относительное движение между двумя ранее отделенными друг от друга континентами, Гималаи будут признаны неактивной шовной зоной, находящейся внутри континента. Но когда это произойдет, кое‑чему другому придется отодвинуться, чтобы дать пристанище новой области морского дна, образующейся вдоль океанического хребта, лежащего далеко к югу (рис. 5.2). Проведенные в последние годы исследования морского дна вблизи от Шри‑Ланки показывают, что южнее этого острова, возможно, образуется новая зона субдукции, которая разрешит геометрическую головоломку.

Столкновения континента с континентом, подобные тому, что произвели на свет Гималаи, видимо, происходят регулярно на протяжении геологической истории. Хотя созданные ими высокие горы давно разрушились, следы таких событий можно распознать в древних породах по тому факту, что они образуют характерные длинные полосы сильно метаморфизованных пород, имеющих приблизительно одинаковый возраст. Хорошим примером такой области является провинция Грэнвиль в восточной части Северной Америки (рис. 4.3), которая была, без сомнения, в глубокой древности очень похожа на нынешние Гималаи.

Зоны субдукции и их выражение в рельефе

Всего насчитывается 22 зоны субдукции. В рельефе зоны субдукции имеют асимметричное строение. Эту асимметрию предопределяет сам способ конвергентного взаимодействия литосферных плит. Линия активного контакта литосферных плит отчетливо выражается глубоководными желобами, глубина которых находится в прямой зависимости от скорости субдукции и средней плотности литосферных плит. Максимальная глубина глубоководного желоба – Марианская впадина, средняя глубина глубоководных желобов составляет около 400м, ширина не превышает 50-100км, протяженность несколько десятков тысяч километров.

Глубоководные желоба дугообразно выгнуты выпуклостью навстречу субдуцирующей плите. Профиль глубоководных желобов всегда асимметричен. Субдуцирующее крыло имеет уклон 5 градусов, а висячее крыло имеет уклон 10-20градусов. На обрамлении глубоководных желобов со стороны океана располагаются пологие краевые валы, которые возвышаются над ложем океана на 200-1000м. С противоположной стороны над висячим крылом зоны субдукции параллельно глубоководному желобу протягиваются высокие хребты или подводные гряды. Если субдукция направляется непосредственно под окраину континента, то образуется береговой хребет. Там, где зона субдукции не находится на краю континента, образуются островные дуги.

Основная масса зон субдукций связана с тихоокеанским поясом современной тектонической активности. Различают два главных тектонических типа зон субдукции:

1) окраинно-материковый (андский);

2) океанский тип (мореанский).

Окраинно-материковый тип формируется там, где океанская литосфера субдуцирует под континент. Данный тип субдукции делится на три тектонотипа: андский, зондский и японский.

Андская зона субдукции является самой протяженной (порядка 8 тыс. км), для нее характерны пологая субдукция молодой океанской литосферы, господство сжимающих напряжений и горообразование на континентальном крыле.

В субдукции зон андского типа последовательно выделяют краевой вал (1), глубоководный желоб (2), береговой уступ (3), преддуговой (фронтальный) прогиб (4), островная дуга (5), тыловая система (6).

Краевой вал (1), глубоководный желоб (2), береговой уступ (3), пруддуговой прогиб (4), вулканическая островная дуга (5), горообразовательные процессы (6).

Зондский тип зон субдукции отличается от андского отсутствием напряжений, что делает возможным утончение континентальной коры. В зондском типе под континентальную кору субдуцирует более древняя океанская коры и угол ухода океанской коры больше, чем в андском типе.

Японский тип зон субдукции отличается от остальных типов наличием краевого морского бассейна с новообразованной корой океанского и субокеанского типа. Этот тип субдукции перекрыт морем. В перекрытых морем окраинно-материковых зонах (зондский тип и японский тип) сохраняется та же последовательность структурных элементов, однако все они, за исключением краевого вала и глубоководного желоба немногожко отличаются от андских элементов и поэтому обозначаются другими названиями. Начиная от глубоководного желоба идут невулканическая островная дуга, преддуговой прогиб, вулканическая островная дуга и задуговой прогиб (окраинное море).

Мореанский тип субдукции формируется при взаимодействии двух участков океанской литосферы. При образовании зоны субдукции данного типа более древняя океанская литосфера субдуцирует под более молодую океанскую литосферу. В результате на краю молодой океанской литосферы образуется n-симматическая островная дуга.

Краевой вал (1), глубоководный желоб (2), невулканическая островная дуга (3), прогиб (4), вулканическая островная дуга (5), тыловая система деформаций (6), остаточные островные дуги (7), отмирающий междуговой бассейн (8).

Совсем по-другому протекают процессы там, где на конвергентной границе с обеих сторон подходит континентальная листосфера. Она включается в себя мощную и низкоплотную земную кору, поэтому дивергенция развивается в этих местах как столкновение литосферных плит, сопровождающихся расслаиванием и сложной деформацией в верхней части литосферы. Некоторые ученые рассматривают данный вид взаимодействия как особый тип субдукции. Данный тип субдукции называют альпинотипным типом субдукции или асубдукцией.

Асубдукция развивается в тылу окраинно-материковых сооружений, где субдуцирующаяся со стороны океана литосфера способна оказать давление на континент, в результате которой порождаются взбросы, надвиги, которые направлены от океанов.

На земле постоянно в разных местах происходят землетрясения, извержения вулканов. Бывают такие движения что человек их даже не ощущает. Эти движения происходят постоянно, вне зависимости от территории, времени года. Растут и уменьшаются горы, разрастаются и высыхают моря. Эти процессы незаметны для человеческого глаза, так как происходят медленно, миллиметр за миллиметром. Все это происходит за счет таких явлений, как спрединг и субдукция.

Субдукция

Так что же это такое? Субдукция - это тектонический процесс В результате данного процесса при столкновении плит самые плотные породы, из которых состоит дно океана, продвигаются под легкие породы материков и островов. В этот момент высвобождается неимоверное количество энергии - это и есть землетрясение. Часть пород, погрузившихся на большую глубину, при взаимодействии с магмой начинает плавиться, после чего выплескивается на поверхность через вулканические жерла. Так происходит извержение вулканов.

Субдукция литосферных плит - неотъемлемая часть жизни планеты. Она важна так же, как дыхание для человека. Остановить этот процесс невозможно, хоть из-за таких движений ежегодно погибает множество людей.

Зона субдукции

Классификация зон субдукции

Зоны субдукции классифицируются по признакам структуры. Типы субдукции распределены на основные четыре.

• Андский тип. Этот тип характерен для тихоокеанского побережья с восточной стороны. Это зона, на которой только сформировавшаяся молодая кора океанического дна под углом сорок градусов на огромной скорости входит под континентальную плиту.
• Зондский тип. Такая зона расположена в местах, где древняя массивная литосфера океана погружается под континентальную. Она уходит под крутым углом. Обычно такая плита уходит под континентальную, поверхность которой находится гораздо ниже уровня океана.
• Марианский тип. Эта зона формируется при взаимодействии двух участков океанской литосферы или их пододвигании.
• Японский тип. Это тип зоны, где происходит продвижение литосферы океана под островную энсиалическую дугу.

Все эти четыре типа условно распределяют на две группы:

• Восточно-Тихоокеанскую (в эту группу входит один только андский тип. Эта группа характеризуется наличием обширной окраины континента);
• Западно-Тихоокеанскую (в ней расположены все остальные три типа. Для этой группы характерны висячие края вулканической дуги островов).

Для каждого типа, где происходит процесс субдукции, характерны основные структуры, которые обязательно существуют в разных вариациях.

Преддуговый склон и глубоководный желоб

Желоб глубоководный характеризуется расстоянием от центра желоба до фронта вулканического. Это расстояние в основном составляет сто - сто пятьдесят километров, оно связано с углом, под которым наклонена зона субдукции. На самых активных участках окраины континента такое расстояние может достигать и трехсот пятидесяти километров.

Преддуговый склон состоит из двух основ - террасы и призмы. Призма - это низ склона, она по строению и структуре чешуйчатого типа. Снизу граничит с главным склоном, который выходит на поверхность, соприкасаясь и взаимодействуя с осадками. Призма образуется за счет наслаивания осадков внизу. Эти осадки накладываются на океаническую кору и вместе с ней уходят под склон примерно на сорок километров. Так образуется призма.

В области между призмой и вулканическим фронтом пролегают большие уступы. Уступами разделяются террасы. На пологих участках таких террас располагаются бассейны седиментации, на них откладываются осадки вулканическими и пелагическими. В тропических участках на таких террасах могут развиваться рифы, могут обнажаться кристаллические породы фундамента или чужеродные блоки.

Дуга вулканическая - это что?

В этой статье упоминается термин островная, или вулканическая, дуга. Рассмотрим, что это такое. Тектонически активный пояс, который совпадает с зонами самых масштабных землетрясений, обозначается как вулканическая островная дуга. Она состоит из выгнутых в форме дуги цепочек действующих в настоящее время стратовулканов. Для таких вулканов характерно извержение эксплозивное. Это связано с большим количеством флюида в магме островодужной. Дуги могут быть двойными и даже тройными, а особая форма - раздвоенная дуга. Кривизна у каждой дуги разная.

Бассейны окраинные

Этим термином обозначают котловину или целый ряд таких котловин. Они полузамкнутые и образуются между материком и островной дугой. Такие котловины образованы за счет того, что материк разрывается или от него отделяется большой кусок. Обычно в таких бассейнах образуется молодая Этот процесс образования коры в бассейнах называется задуговым спредингом. - это один из видов таких бассейнов, он отгороженный. В последние годы нет новых сведений о том, что где-то происходит рифтогенез, обычно его связывают с тем, что зона субдукции перенаправляется или резко перескакивает в другое место.

В классическом варианте субдукция реализуется в случае столкновения двух океанических, или океанической и континентальной плит. Однако, в последние десятилетия выявлено, что при коллизии континентальных литосферных плит, также имеет место поддвиг одной литосферной плиты под другую, это явление получило название континентальной субдукции . Но при этом не происходит погружения ни одной из плит в мантию из-за малой плотности континентальной коры. В результате происходит скучивание и нагромождение тектонических пластин с образованием мощных горных сооружений. Классический пример - Гималаи .

Согласно теории тектоники плит механизм субдукции (сокращения и разрушения океанической коры) компенсируется спредингом - механизмом формирования молодой океанической коры в срединно-океанических хребтах: Объем поглощаемой в зонах субдукции океанской коры равен объему коры, нарождающейся в зонах спрединга. В то же время, в зонах субдукции происходит постоянное наращивание континентальной коры за счет аккреции, т. е. сдирания и интенсивного смятия осадочного чехла с погружающейся плиты. Разогрев погружающейся коры является также причиной широкого развития вулканизма вдоль активных континентальных окраин. Наиболее известно в этом плане Тихоокеанское огненное кольцо . Масштабное поглощение океанической коры по периферии Тихого океана указывает на процесс сокращения (закрытия) этого древнейшего из ныне существующих океанических бассейнов планеты. Подобные процессы имели место и в прошлом. Так, древний океан Тетис начал сокращаться с мезозоя и к настоящему времени прекратил своё существование с образованием остаточных бассейнов, известных теперь как Средиземное, Черное, Азовское, Каспийское моря.

Наиболее известные зоны субдукции находятся в Тихом океане : Японские острова , Курильские острова , Камчатка , Алеутские острова , побережье Северной Америки , побережье Южной Америки . Также зонами субдукции являются острова Суматра и Ява в Индонезии , Антильские острова в Карибском море , Южные Сандвичевы острова , Новая Зеландия и др.

Классификации зон субдукции

Выделяется 4 типа зон субдукции по структурным признакам :

1. Андский
2. Зондский;
3. Марианский;
4. Японский;

Зона субдукции андского (андийского) типа - зона, которая формируется там, где молодая океанская литосфера с большой скоростью и под пологим углом (около 35-40º к горизонту) пододвигается под континент. Латеральный структурный ряд от океана к континенту включает в себя: краевой вал - жёлоб - береговой хребет (иногда подводное поднятие или террасу) - фронтальный бассейн (продольную долину) – главный хребет (вулканический) – тыловой бассейн (предгорный прогиб). Характерен для восточного побережья Тихого океана.

Зона субдукции зондского типа - зона, где происходит пододвигание древней океанской литосферы, уходящей на глубину под крутым углом под утоненную континентальную кору, поверхность которой находится в основном ниже уровня океана. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – жёлоб – невулканическую (внешнюю) островную дугу – преддуговой бассейн (прогиб) – вулканическую (внутреннюю) дугу – задуговой бассейн (краевое (окраинное море)). Внешняя дуга – это либо аккреционная призма , либо выступ фундамента висячего крыла зоны субдукции.

Зона субдукции марианского типа - зона, формирующаяся при пододвигании двух участков океанской литосферы. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – жёлоб (терригенного материала довольно мало) – береговой хребет, невулканическую дугу – преддуговой бассейн (в качестве фронтального) – энсиматическую вулканическую дугу – задуговой бассейн (или междуговой в качестве тылового на утоненной континентальной или новообразованной океанской коре).
Зона субдукции японского типа - зона пододвигания океанской литосферы под энсиалическую островную дугу. Латеральный структурный ряд включает в себя: краевой вал – жёлоб – береговой хребет (иногда подводное поднятие или террасу) – фронтальный бассейн (продольную долину) – главный хребет (вулканический) – задуговой бассейн (краевое, окраинное море) с новообразованной корой океанского или субокеанского типа.

Перечисленные типы зон субдукции часто по морфологическому признаку условно объединяют в 2 группы:

• Восточно-Тихоокеанская - сюда входит зона андского типа. Характерно наличие активной континентальной окраины.
• Западно-Тихоокеанская - сюда входят остальные типы зон субдукции. Характерно развитие в висячем краю вулканической островной дуги.

Основные структурные элементы

В поперечном сечении зон субдукции Западно-Тихоокеанского типа выделяются:

1. глубоководный жёлоб
2. преддуговый склон

Глубоководный жёлоб

Расстояние от оси жёлоба до вулканического фронта - 100-150 км (в зависимости от угла наклона зоны субдукции, на активных континентальных окраинах расстояние достигает 350 км). Это расстояние соответствует глубине погружения слэба в 100-150 км, где начинается магмообразование. Ширина зоны вулканизма около 50 км, при общей ширине всей зоны тектонической и магматической активности 200-250 км (на активных континентальных окраинах до 400-500 км).

Преддуговый склон

Преддуговый склон включает 2 основных элемента:

1. Аккреционная призма
2. Преддуговая терраса

Субдукция и магматизм

Значение

См. также

Напишите отзыв о статье "Зона субдукции"

Примечания

Ссылки

Отрывок, характеризующий Зона субдукции

Пьер замечал, как после каждого попавшего ядра, после каждой потери все более и более разгоралось общее оживление.
Как из придвигающейся грозовой тучи, чаще и чаще, светлее и светлее вспыхивали на лицах всех этих людей (как бы в отпор совершающегося) молнии скрытого, разгорающегося огня.
Пьер не смотрел вперед на поле сражения и не интересовался знать о том, что там делалось: он весь был поглощен в созерцание этого, все более и более разгорающегося огня, который точно так же (он чувствовал) разгорался и в его душе.
В десять часов пехотные солдаты, бывшие впереди батареи в кустах и по речке Каменке, отступили. С батареи видно было, как они пробегали назад мимо нее, неся на ружьях раненых. Какой то генерал со свитой вошел на курган и, поговорив с полковником, сердито посмотрев на Пьера, сошел опять вниз, приказав прикрытию пехоты, стоявшему позади батареи, лечь, чтобы менее подвергаться выстрелам. Вслед за этим в рядах пехоты, правее батареи, послышался барабан, командные крики, и с батареи видно было, как ряды пехоты двинулись вперед.
Пьер смотрел через вал. Одно лицо особенно бросилось ему в глаза. Это был офицер, который с бледным молодым лицом шел задом, неся опущенную шпагу, и беспокойно оглядывался.
Ряды пехотных солдат скрылись в дыму, послышался их протяжный крик и частая стрельба ружей. Через несколько минут толпы раненых и носилок прошли оттуда. На батарею еще чаще стали попадать снаряды. Несколько человек лежали неубранные. Около пушек хлопотливее и оживленнее двигались солдаты. Никто уже не обращал внимания на Пьера. Раза два на него сердито крикнули за то, что он был на дороге. Старший офицер, с нахмуренным лицом, большими, быстрыми шагами переходил от одного орудия к другому. Молоденький офицерик, еще больше разрумянившись, еще старательнее командовал солдатами. Солдаты подавали заряды, поворачивались, заряжали и делали свое дело с напряженным щегольством. Они на ходу подпрыгивали, как на пружинах.
Грозовая туча надвинулась, и ярко во всех лицах горел тот огонь, за разгоранием которого следил Пьер. Он стоял подле старшего офицера. Молоденький офицерик подбежал, с рукой к киверу, к старшему.
– Имею честь доложить, господин полковник, зарядов имеется только восемь, прикажете ли продолжать огонь? – спросил он.
– Картечь! – не отвечая, крикнул старший офицер, смотревший через вал.
Вдруг что то случилось; офицерик ахнул и, свернувшись, сел на землю, как на лету подстреленная птица. Все сделалось странно, неясно и пасмурно в глазах Пьера.
Одно за другим свистели ядра и бились в бруствер, в солдат, в пушки. Пьер, прежде не слыхавший этих звуков, теперь только слышал одни эти звуки. Сбоку батареи, справа, с криком «ура» бежали солдаты не вперед, а назад, как показалось Пьеру.
Ядро ударило в самый край вала, перед которым стоял Пьер, ссыпало землю, и в глазах его мелькнул черный мячик, и в то же мгновенье шлепнуло во что то. Ополченцы, вошедшие было на батарею, побежали назад.
– Все картечью! – кричал офицер.
Унтер офицер подбежал к старшему офицеру и испуганным шепотом (как за обедом докладывает дворецкий хозяину, что нет больше требуемого вина) сказал, что зарядов больше не было.
– Разбойники, что делают! – закричал офицер, оборачиваясь к Пьеру. Лицо старшего офицера было красно и потно, нахмуренные глаза блестели. – Беги к резервам, приводи ящики! – крикнул он, сердито обходя взглядом Пьера и обращаясь к своему солдату.
– Я пойду, – сказал Пьер. Офицер, не отвечая ему, большими шагами пошел в другую сторону.
– Не стрелять… Выжидай! – кричал он.
Солдат, которому приказано было идти за зарядами, столкнулся с Пьером.
– Эх, барин, не место тебе тут, – сказал он и побежал вниз. Пьер побежал за солдатом, обходя то место, на котором сидел молоденький офицерик.
Одно, другое, третье ядро пролетало над ним, ударялось впереди, с боков, сзади. Пьер сбежал вниз. «Куда я?» – вдруг вспомнил он, уже подбегая к зеленым ящикам. Он остановился в нерешительности, идти ему назад или вперед. Вдруг страшный толчок откинул его назад, на землю. В то же мгновенье блеск большого огня осветил его, и в то же мгновенье раздался оглушающий, зазвеневший в ушах гром, треск и свист.
Пьер, очнувшись, сидел на заду, опираясь руками о землю; ящика, около которого он был, не было; только валялись зеленые обожженные доски и тряпки на выжженной траве, и лошадь, трепля обломками оглобель, проскакала от него, а другая, так же как и сам Пьер, лежала на земле и пронзительно, протяжно визжала.

Пьер, не помня себя от страха, вскочил и побежал назад на батарею, как на единственное убежище от всех ужасов, окружавших его.
В то время как Пьер входил в окоп, он заметил, что на батарее выстрелов не слышно было, но какие то люди что то делали там. Пьер не успел понять того, какие это были люди. Он увидел старшего полковника, задом к нему лежащего на валу, как будто рассматривающего что то внизу, и видел одного, замеченного им, солдата, который, прорываясь вперед от людей, державших его за руку, кричал: «Братцы!» – и видел еще что то странное.
Но он не успел еще сообразить того, что полковник был убит, что кричавший «братцы!» был пленный, что в глазах его был заколон штыком в спину другой солдат. Едва он вбежал в окоп, как худощавый, желтый, с потным лицом человек в синем мундире, со шпагой в руке, набежал на него, крича что то. Пьер, инстинктивно обороняясь от толчка, так как они, не видав, разбежались друг против друга, выставил руки и схватил этого человека (это был французский офицер) одной рукой за плечо, другой за гордо. Офицер, выпустив шпагу, схватил Пьера за шиворот.
Несколько секунд они оба испуганными глазами смотрели на чуждые друг другу лица, и оба были в недоумении о том, что они сделали и что им делать. «Я ли взят в плен или он взят в плен мною? – думал каждый из них. Но, очевидно, французский офицер более склонялся к мысли, что в плен взят он, потому что сильная рука Пьера, движимая невольным страхом, все крепче и крепче сжимала его горло. Француз что то хотел сказать, как вдруг над самой головой их низко и страшно просвистело ядро, и Пьеру показалось, что голова французского офицера оторвана: так быстро он согнул ее.
Пьер тоже нагнул голову и отпустил руки. Не думая более о том, кто кого взял в плен, француз побежал назад на батарею, а Пьер под гору, спотыкаясь на убитых и раненых, которые, казалось ему, ловят его за ноги. Но не успел он сойти вниз, как навстречу ему показались плотные толпы бегущих русских солдат, которые, падая, спотыкаясь и крича, весело и бурно бежали на батарею. (Это была та атака, которую себе приписывал Ермолов, говоря, что только его храбрости и счастью возможно было сделать этот подвиг, и та атака, в которой он будто бы кидал на курган Георгиевские кресты, бывшие у него в кармане.)
Французы, занявшие батарею, побежали. Наши войска с криками «ура» так далеко за батарею прогнали французов, что трудно было остановить их.
С батареи свезли пленных, в том числе раненого французского генерала, которого окружили офицеры. Толпы раненых, знакомых и незнакомых Пьеру, русских и французов, с изуродованными страданием лицами, шли, ползли и на носилках неслись с батареи. Пьер вошел на курган, где он провел более часа времени, и из того семейного кружка, который принял его к себе, он не нашел никого. Много было тут мертвых, незнакомых ему. Но некоторых он узнал. Молоденький офицерик сидел, все так же свернувшись, у края вала, в луже крови. Краснорожий солдат еще дергался, но его не убирали.
Пьер побежал вниз.
«Нет, теперь они оставят это, теперь они ужаснутся того, что они сделали!» – думал Пьер, бесцельно направляясь за толпами носилок, двигавшихся с поля сражения.
Но солнце, застилаемое дымом, стояло еще высоко, и впереди, и в особенности налево у Семеновского, кипело что то в дыму, и гул выстрелов, стрельба и канонада не только не ослабевали, но усиливались до отчаянности, как человек, который, надрываясь, кричит из последних сил.

Главное действие Бородинского сражения произошло на пространстве тысячи сажен между Бородиным и флешами Багратиона. (Вне этого пространства с одной стороны была сделана русскими в половине дня демонстрация кавалерией Уварова, с другой стороны, за Утицей, было столкновение Понятовского с Тучковым; но это были два отдельные и слабые действия в сравнении с тем, что происходило в середине поля сражения.) На поле между Бородиным и флешами, у леса, на открытом и видном с обеих сторон протяжении, произошло главное действие сражения, самым простым, бесхитростным образом.
Сражение началось канонадой с обеих сторон из нескольких сотен орудий.
Потом, когда дым застлал все поле, в этом дыму двинулись (со стороны французов) справа две дивизии, Дессе и Компана, на флеши, и слева полки вице короля на Бородино.
От Шевардинского редута, на котором стоял Наполеон, флеши находились на расстоянии версты, а Бородино более чем в двух верстах расстояния по прямой линии, и поэтому Наполеон не мог видеть того, что происходило там, тем более что дым, сливаясь с туманом, скрывал всю местность. Солдаты дивизии Дессе, направленные на флеши, были видны только до тех пор, пока они не спустились под овраг, отделявший их от флеш. Как скоро они спустились в овраг, дым выстрелов орудийных и ружейных на флешах стал так густ, что застлал весь подъем той стороны оврага. Сквозь дым мелькало там что то черное – вероятно, люди, и иногда блеск штыков. Но двигались ли они или стояли, были ли это французы или русские, нельзя было видеть с Шевардинского редута.
Солнце взошло светло и било косыми лучами прямо в лицо Наполеона, смотревшего из под руки на флеши. Дым стлался перед флешами, и то казалось, что дым двигался, то казалось, что войска двигались. Слышны были иногда из за выстрелов крики людей, но нельзя было знать, что они там делали.
Наполеон, стоя на кургане, смотрел в трубу, и в маленький круг трубы он видел дым и людей, иногда своих, иногда русских; но где было то, что он видел, он не знал, когда смотрел опять простым глазом.
Он сошел с кургана и стал взад и вперед ходить перед ним.
Изредка он останавливался, прислушивался к выстрелам и вглядывался в поле сражения.
Не только с того места внизу, где он стоял, не только с кургана, на котором стояли теперь некоторые его генералы, но и с самых флешей, на которых находились теперь вместе и попеременно то русские, то французские, мертвые, раненые и живые, испуганные или обезумевшие солдаты, нельзя было понять того, что делалось на этом месте. В продолжение нескольких часов на этом месте, среди неумолкаемой стрельбы, ружейной и пушечной, то появлялись одни русские, то одни французские, то пехотные, то кавалерийские солдаты; появлялись, падали, стреляли, сталкивались, не зная, что делать друг с другом, кричали и бежали назад.
С поля сражения беспрестанно прискакивали к Наполеону его посланные адъютанты и ординарцы его маршалов с докладами о ходе дела; но все эти доклады были ложны: и потому, что в жару сражения невозможно сказать, что происходит в данную минуту, и потому, что многие адъютапты не доезжали до настоящего места сражения, а передавали то, что они слышали от других; и еще потому, что пока проезжал адъютант те две три версты, которые отделяли его от Наполеона, обстоятельства изменялись и известие, которое он вез, уже становилось неверно. Так от вице короля прискакал адъютант с известием, что Бородино занято и мост на Колоче в руках французов. Адъютант спрашивал у Наполеона, прикажет ли он пореходить войскам? Наполеон приказал выстроиться на той стороне и ждать; но не только в то время как Наполеон отдавал это приказание, но даже когда адъютант только что отъехал от Бородина, мост уже был отбит и сожжен русскими, в той самой схватке, в которой участвовал Пьер в самом начале сраженья.

Понимание природы тонкой структуры зоны субдукции имеет ключевое значение для физики сейсмотектонического процесса. Результатом интенсивных геофизических и геологических исследования зон суб- дукции в последние несколько десятков лет являются новые данные о структуре этой зоны и особенностях сейсмичности. Они поставили целый ряд вопросов, ответы на которые нельзя получить в рамках модели плитотектоники. Предпочтительнее рассматривать эти вопросы на основе активизации эндогенных процессов, имеющих значительную вертикальную компоненту переноса энергии. Ограничимся изложением результатов ряда работ по Камчатке, Курилам и Японии, которые широко известны и достаточно объективны.

Прежде всего, рассмотрим особенности протекания сейсмотектонических процессов, которые одновременно отражают и условия их проявления. Об этом можно судить по распределению плотности эпицентров Камчатских землетрясений (Рис.5.6, [Болдырев, 2002]). Основная сейсмоактивная зона имеет ширину 200 - 250 км. Распределение плотности эпицентров очагов (далее очагов) в пространстве носит сложный характер, при этом выделяются изометрические и вытянутые участки различной плотности очагов.

Участки повышенной плотности очагов образуют систему лине- аментов, из которых наиболее заметные совпадают с простиранием морфоструктур Камчатского региона. Эти участки устойчивы в пространстве за период инструментального контроля, начиная с 1962 и кончая 2000 годом. Устойчиво в пространстве также положение слабосейсмичных участков. Заметим, что частота землетрясений внутри этих участков может существенно меняться. Это показано при реализации, например, алгоритмов RTL [Соболев и Пономарев,2003].

Рис.5.6 Плотность эпицентров (N на 100кв.км) Камчатских землетрясений 1962-1998гг. (Н=0-70км, кб > 8.5). Прямоугольник - область уверенной регистрации событий с кб> 8.5. 1 - современные вулканы, 2 - очаги с кб > 14.0, 3 - ось глубоководного желоба, 4 - изобата - 3500м .

Пространственно - временные изменения плотности очагов в трех полосах сейсмической зоны Камчатки приведены на рис. 5.7. [Болдырев, 2002 ]. Как видно, положение сейсмоактивных и слабо сейсмичных участков весьма устойчиво во времени в данный период контроля. На этом же рисунке показано положение очагов сильных землетрясений (К > 12.5), совпадающие с участками повышенной плотности очагов слабых землетрясений. Можно констатировать, что сильные события происходят в зонах повышенной активности слабых событий, хотя по механистическим представлениям в этих участках должна происходить разрядка накапливаемых напряжений.

Весьма интересны результаты анализа, представленные на рис. 5.8 [Болдырев, 2000]. На верхней части рисунка показан вертикальный разрез распределения плотности гипоцентров в ячейках 10 на 10км и положение коромантийного раздела. Под Камчаткой практически отсутствуют очаги в мантии, а под экваторией Тихого океана они преобладают. На нижней части рисунка автор показывает предположительные тренды миграции сильных событий от 159 о в.д. до 167 о в.д. Скорость "миграции" очагов 50 - 60 км/год, периодичность активизации 10 - 11 лет. Таким же образом можно выделить тренды событий более низкого энергетического уровня, "распространяющиеся" с запада на восток. Однако природа таких горизонтальных процессов передачи упругой энергии не обсуждалась. Отметим, что схема горизонтально действующих процессов передачи упругой энергии не согласуется с наблюдаемыми устойчивыми положениями в пространстве участков с постоянным уровнем сейсмичности. Существование устойчивых участков с активными сейсмическими явлениями в большей мере указывают на протекание вертикальных процессов возбуждения среды, имеющих в данный период определенную ритмичность.

Возможно, что с этими процессами связаны различные характеристики среды, отражающиеся в скоростных моделях (Рис.5.9 и 5.10) [Тараканов, 1987; Болдырев и Кац, 1982]. Сразу бросается в глаза неоднородности, образующие сложную мозаику "блоков " с повышенным или пониженным уровнем скоростей (относительно осредненного скоростного разреза по Джеффрису). Причем "блоки ", в которых почти постоянны скорости, расположены в широком диапазоне глубин, контрастно выделяются наклонные структуры также с большим перепадом глубин. В одних и тех же диапазонах глубин скорости упругих волн могут быть как высокими, так и низкими. Скорости в подконтинентальной мантии ниже скоростей в подокеанической мантии на одних и тех же глубинах. Необходимо также отметить наибольшие значения градиентов скоростей.

Рис.5.7 Пространственно-временные распределения плотности очагов (число событий за 0.5 года в интервале AY = 20км) в трех продольных линеаментах Камчатской сейсмоактивной зоны. Крестиками помечено положение 20 сильнейших землетрясений в каждой полосе.

Рис.5.8. Вертикальный разрез (а) и пространственно-временные изменения плотности очагов (б) в полосе 20км вдоль 55°с.ш.. 1- очаги землетрясений Кб>12.5, 2 - проекция современной вулканической зоны, 3 - проекция оси глубоководных желобов.

Рис.5.9 Поля скоростей продольных волн (км/с) в фокальной зоне вдоль профиля станция Хатинохе - о-в Шикотан: 1 - < 7.25, 2 - 7.25 - 7.5, 3 - 7.51 - 7.75, 4 - 7.76 - 8.0, 5 - 8.01 - 8.25, 6 - 8.26 - 8.5, 7 - > 8.5, 8 - гипоцентры сильнейших землетрясений.

Рис.5.10 Широтный профиль изменения скоростей продольных волн (станция SKR - глубоководный желоб), теплового потока и аномалий поля силы тяжести. 1 - изолинии поля скорости V ; 2 - значения скорости для стандартной модели Земли; 3 - положение поверхности М и значения граничных скоростей в ней; 4 - изменение фонового теплового потока; 5 - аномалии поля силы тяжести; 6 - действующие вулканы; 7 - глубоководный желоб, 8 - границы сейсмофокального слоя.

Уровень сейсмической активности (т.е. плотности очагов) в зонах имеет обратную корреляцию со скоростью V ? и прямую с добротностью среды. При этом участки повышенных значений скоростей, как правило, характеризуются более высоким уровнем затухания [Болдырев, 2005], причем гипоцентры наиболее сильных событий располагаются в зонах с повышенной скоростью и приурочены к границам "блоков" с разными скоростями [Тараканов, 1987] .

Была построена обобщенная скоростная модель блоковой среды для сейсмофокальной зоны и ее окрестностей [Тараканов, 1987]. Фокальная зона по пространственному распределению гипоцентров и скоростному строению также является неоднородной. По толщине она является как бы двухслойной, т.е., сама сейсмофокальная зона и примыкающий к ней высокоскоростной слой (или "блок") с Д V ~ (0.2 - 0.3 км/с). Аномально высокими скоростями отличается наиболее высокосейсмичная часть зоны, а аномально низкими скоростями характеризуются блоки непосредственно под островными дугами и еще глубже в направлении сейс- мофокальной зоны. О двухслойной сейсмофокальной зоне на некоторых глубинах сообщалось и в других работах [Строение..,1987].

Эти данные можно относить к объективным, хотя границы выделенных "блоков" могли быть определены не достаточно точно. Наблюдаемые распределения скоростей сейсмических волн, особенности тектонических напряжений и деформаций, а также пространственное распределение аномалий различных геофизических и гидрогеохимических полей не могут реализоваться, если представить, что сейсмофокальная зона находится в постоянном одностороннем движении, как это следует из модели плитотектоники [Тараканов и Ким, 1979; Болдырев и Кац, 1982; Тараканов, 1987; Болдырев, 1987]. Здесь аномалии скоростей связывают с вариациями плотности, что может объяснить перемещение вязкой среды в поле силы тяжести. При этом отмечается, что характер движений напоминает поля в конвективной ячейке, где восходящие движения могут трансформироваться в горизонтальные движения верхней мантии, которое выделяется вблизи островной гряды. Положение сейсмофокальной зоны, ее очертания и наклон связываются с взаимодействием разуплотненной мантией под окраинным морем с более плотной средой под океаном.

Представляют интерес работы Л.М. Балакиной, посвященные исследованиям механизмов очагов землетрясений в зонах субдукции ([Балакина, 1991,2002] и литература к ним). Наиболее полно исследовались Курило-Камчатская остравная дуга и Японские острова. Для землетрясений (М > 5.5) в верхних 100 км литосферы выявлен единый тип механизмов очагов. В нем одна из возможных плоскостей разрыва ориентирована устойчиво вдоль простирания островной дуги и имеет крутой угол наклона (60 - 70°) в сторону глубоководного желоба, вторая - пологая плоскость (угол падения менее 30°) не имеет устойчивой ориентации по азимуту простирания и направлению падения. В первой плоскости преобладающая подвижка всегда взброс, во второй - меняется от надвига до сдвига. Отсюда следует закономерная ориентация действующих напряжений для глубин до 100км: напряжение сжатия по всей толще литосферы ориентированно вкрест простирания островной дуги с наклоном в сторону глубоководного желоба под небольшими углами к горизонту (20-25°). Напряжения растяжения на этих глубинах ориентировано круто с наклоном в сторону тылового бассейна и большим разбросом по азимуту простирания. Это означает, что представления о совпадении ориентации осей напряжений сжатия или растяжения с вектором наклона фокальной зоны не является обоснованным. Также Л.М. Балакиной отмечается, что в очагах промежуточных и глубокофокусных землетрясений ни одно из напряжений сжатия или растяжения нельзя считать совпадающим по направлению с вектором падения сейсмофокальной зоны. Анализ механизмов очагов показал, что в литосфере и мантии имеет место субвертикальное перемещение вещества. Однако в мантии, в отличие от литосферы, оно может быть как восходящим, так и нисходящим (рис.5.11). Поэтому сейсмофокальная зона может быть пограничной между зонами поднятия и опускания. Ведущим процессом представляется образование и развитие тыловых структур погружения, обусловленное перемещением масс, охватывающих всю верхнюю мантию под тыловым бассейном (Балакина, 1991). Этот процесс связывается с гравитационной дифференциацией вещества в области фазовых переходов между нижней и верхней мантией, т.е., процесс перемещения начинается снизу, а не сверху, как это следует из модели плитотектоники. Фокальная же зона - это область дифференцированных движений на границе между мантией тылового бассейна и океанической. Происходящее перераспределение масс сопровождается также их горизонтальным перемещением, развитие которого в астеносфере обуславливает поднятие подошвы соответствующего участка литосферы. В результате вдоль фокальной зоны концентрируются напряжения и накапливаются сдвиговые деформации, которые определяют закономерности распределения механизмов очагов на различных глубинах, от поверхностных до мантийных.

Развитые в цитированных работах представления о формировании сейсмофокальных зон (зоны субдукции) во многом схожи, а механизмы вертикальных движений находят свое объяснение также в модели вертикальной аккреции вещества [Вертикальная.. , 2003].

Однако остаются две группы вопросов. Первая группа: природа слабой коровой сейсмичности, квазистационарность зон сейсмичности с различной активностью, сопряженность зон слабой и более сильной сейсмичности. Вторая группа вопросов связана с природой глубокофокусной сейсмичности и скоростными моделями среды.

Ответы на первую группу вопросов можно получить из представлений о последствиях взаимодействия восходящих потоков легких газов с твердой фазой литосферы. Интенсивность сейсмических событий в различных зонах (пятнистость сейсмичности) обусловлена различием потоков восходящих легких газов, их цикличностью, т.е., пятнистость сейсмичности отражает соответствующую неравномерность восходящих потоков легких газов.

Рис.5.11 Схема дифференциальных перемещений вещества в пограничной зоне между активной мантией тылового бассейна и пассивной океанической мантией, происходящих в процессе погружения тылового бассейна (по Балакиной). Вертикальное сечение, перпендикулярное простиранию дуги. 1 - нисходящие движения на периферии тылового бассейна; 2 - горизонтальные перемещения вещества в астеносфере под островным склоном желоба; 3 - линии поднятия подошвы литосферы, вследствие перемещения вещества в астеносфере; 4,5 - ориентация напряжений: 4 - сжатия, 5 - растяжения, возникающих при дифференциальных перемещениях вещества в литосфере и в нижней части фокальной зоны; 6 - ориентация крутых разрывов и подвижек в литосфере; 7 - верхняя мантия под тыловым бассейном; 8 - океаническая верхняя мантия; 9 - фокальная зона; 10 крутые разрывы в низах фокальной зоны.

Природа процессов формирования тонкой скоростной структуры среды, как нам представляется, практически не обсуждалась. Скоростная структура среды весьма удивительна своей контрастностью. Внешнескоростная структура среды напоминает вертикальные зоны (блоки) повышенной или пониженной сейсмичности, однако они расположены в переходной зоне нижней коры и верхней мантии (40-120 км). Изменения скоростного режима в вертикальных блочных структурах может быть объяснено не только на основе чисто плотностных моделей (происхождение которых необходимо обсуждать), но и вариациями температурного режима, связанного с тепловыми эффектами восходящих потоков водорода в различных элементах структуры. Причем в переходной зоне от верхней мантии до нижней коры речь может идти только о восходящей диффузии атомарного водорода в кристаллических структурах. По-видимому возможны струйные течения водорода и гелия в направлении менее плотной упаковки кристаллических структур, аналогичные наблюдаемым в лабораторных экспериментах (рис.4.4 б,в,г). Подтверждением этого могут служить данные по быстрой изменчивости скоростных параметров среды [Славина и др., 2007].

Обсудим возможные механизмы изменения свойств среды в зонах струйных восходящих течений водорода. Один из механизмов связан с процессами растворения водорода в кристаллических структурах. Это процесс эндотермический. Хотя для горных материалов теплоты растворения водорода не известны, однако для оценок можно взять данные для материалов, не образующих гидридных соединений. Эта величина может быть порядка 30 ккал /моль(Н). При непрерывных восходящих потоках атомарного водорода (при условии занятых водородом вакансий и дефектных структур) порядка 1 моль Н/м 2 понижение температуры может составить 50-100°. Этому процессу может способствовать текстурированность определенных граничных структур, например, в сейсмофокальной зоне и прилегающих областях. Следует отметить, что проявления эндотермических процессов, сопровождающих растворение водорода в кристаллических структурах, интенсивны в зонах структурно-вещественных преобразований, реализующих реидное течение вещества. На возможность таких процессов указывают ряд закономерностей распространения упругих волн. Например, вертикальные зоны повышенных скоростей характеризуются более высоким уровнем их затухания [Болдырев, 2005]. Это может быть связано с взаимодействием упругих волн с водородной подрешеткой, концентрация которой повышена в зонах с более низкой температурой. Такие эффекты известны в лабораторной практике. Наличие водородной подрешетки после насыщения горных материалов фиксировалось в рентгеноструктурных исследованиях по появлению сверхструктурных отражений на малых углах (рис. 4.2). В этих представлениях скоростных структур рассматриваются два типа зон: зона с нормальным фоновым восходящим потоком водорода и зона с небольшой концентрацией водорода (до этого в этой зоне температура была повышена), где возможно дополнительное растворение водорода. Можно отметить, что появление в геологической среде двухфазного состояния вещества при высоком давлении водорода может привести к увеличению плотности за счет более плотной упаковки структур.

Однако можно рассматривать и другую модель формирования различий в скоростных структурах среды. При струйных течениях водорода по различным структурам (например, на рис.4.4б) с ним выносится определенное количества тепла [Летников и Дорогокупец, 2001]. В рамках этих представлений существуют структуры с повышенной температурой и структуры с нормальной температурой для соответствующих глубин. Но все это означает, что скорости упругих волн в различных структурах будут со временем изменяться, причем время изменений может быть весьма небольшим, что показала Л.Б. Славина с коллегами.

В рамках рассматриваемых процессов некоторые свойства сейсмо- фокальной зоны (зоны субдукции) можно связывать с процессами взаимодействия восходящего потока глубинного водорода с твердой фазой. Сейсмофокальная зона является стоком легких газов. Повышенная концентрация дефектов структуры, о чем говорилось выше, может привести к накоплению водорода и гелия в дефектах (вакансиях), с плотностью, близкой к плотности их в твердых фазах. За счет этого плотность материала сейсмофокальной зоны может увеличиться на доли единиц (г/см 3). Это также может способствовать увеличению скорости упругих волн. Однако этот процесс происходит на фоне более масштабных явлений планетарного типа, обусловленных, по-видимому, вертикальным переносом вещества (адвекционно-флюидный механизм [Белоусов, 1981; Спорные..,2002; 0кеанизация..,2004; Павленкова, 2002]), а также процессами в граничных слоях между континентальными и океаническими мантией и литосферой. Естественно, что эта пограничная зона должна обладать рядом уникальных свойств. Формирование этой зоны и поддержание ее длительного достаточно устойчивого состояния сопровождается возникновением в ней, как отмечалось выше, высоких напряжений, создающих определенную текстуру деформации. Текстура деформации также может внести существенный вклад в увеличение скоростей упругих волн вдоль таких граничных структур. Формированию и поддержанию текстуры деформации способствует также восходящая диффузия водорода и гелия. Примеры текстурирования (Рис.4.1б) горных материалов при насыщении их легкими газами были приведены выше. Следует отметить, что в текстурированных структурах повышенная концентрация дефектов. Это способствует накоплению в них легких газов и проявлениям неустойчивости среды за счет постоянной восходящей диффузии легких газов. Поэтому пограничная зона, она же сейсмофокальная зона, также может представлять двухфазную структуру, что влияет на ее скоростные параметры. Заметим, что неравновесное состояние геологической среды при повышенных значениях Р-Т параметров может быть признаком протекания сверхпластичности. Это следует из лабораторных представлений и наблюдений сверхпластичности. Однако перенос этих представлений на условия среды глубже 150-200км пока не имеет реальных оснований.

Теперь о природе глубокофокусных землетрясений, точнее, конечно, говорить о природе подготовки и протекания разномасштабных глубокофокусных "движений". Причем основанием для этих представлений являются особенности сейсмических явлений, характеризующихся сдвиговой компонентой движений в так называемом глубокофокусном "очаге". Основные положения представлений об этом исходят в настоящее время из модели плитотектоники. Однако эта модель подвергается все большей критике [Спорные.., 2002; Океанизация.., 2004]. Накопленный объем геологических и геофизических данных ставит под сомнение реальность этой модели. В рамках модели плитотекто- ники протекание глубокофокусных движений связывали с фазовыми переходами оливин-шпинель при определенных Р-Т условиях в граничных слоях опускающейся холодной океанической плиты [Калинин и др., 1989]. Фазовые границы в погружающейся плите представляются механически ослабленными зонами, вдоль которых осуществляется проскальзывание сегментов погружающихся жестких плит при некотором участии "флюидной фазы" [Родкин, 2006], т.е. очагом является зона проскальзывания. В рамках этой модели пытаются объяснить также резкие изгибы погружающихся плит, выявленные по гипоцентрам глубоких землетрясений и по данным сейсмической томографии. Эти резкие изгибы плит связываются также с фазовыми переходами на определенных глубинах и соответствующей потерей жесткости таких плит. Однако при этом не учитывается природа сил (в рамках модели плитотектоники), вызывающая движение плиты вниз. Можно ли объяснить действием этих сил горизонтальное движение плиты после ее изгиба? Можно ли затем изменить направление движения плиты вниз? На эти вопросы необходимо отмечать. Остается также вопрос к природе резкой контрастности границ опускающейся плиты. Эти вопросы в модели плитотектоники не обсуждаются и не могут в ней найти объяснений.

Учитывая выше изложенное, а также многочисленные данные исследований, необходимо согласиться с теми, кто показывает уязвимость представлений плитотектоники. Зона Заварицкого-Беньофа является границей двух сред, континентальной литосферы-мантии и океанической литосферы-мантии. Эти среды оказывают на граничную структуру и ее динамику основное влияние. Однако ряд особенностей граничной структуры указывает на то, что она является мощным стоком легких газов, прежде всего водорода, от ядра к поверхности.

Восходящие потоки водорода имеют струйный характер и могут контролироваться ярко выраженными границами, которыми определяются структурными особенностями среды. Это было показано при лабораторном моделировании (рис. 4.4б,в,г). Как уже отмечалось, в направлении к поверхности концентрация водорода будет увеличиваться. Постепенно дефектные места (дислокации, вакансии, дефекты упаковки др.) будут заняты водородом и его поток будет осуществляться только по междоузлиям. Поэтому основным препятствием для движения потока будут уже занятые водородом дефектные структуры и элементы текстуры деформации. Водород начнет накапливаться в междоузлиях и свободных дефектах структуры, вызывая структурные напряжения.

Известна вертикальная и субгоризонтальная расслоенность верхней мантии. Природа расслоенности верхней мантии рассматривают на основе тепловой конвекции, адвективно-полиморфного и флюидного механизмов. Анализ действия этих процессов рассматривался в работах [Павленкова, 2002]. На основе этого анализа делался вывод, что наиболее полно можно объяснить расслоенность верхней мантии действием флюидного механизма [Летников, 2000]. Суть рассматриваемого здесь механизма заключается в том, что благодаря значительной подвижности флюидов вещество мантии достаточно быстро (по сравнению с конвективным течением) поднимается вверх по ослабленным или разломным зонам. На некоторых глубинах оно задерживается, образуя слои с повышенной концентрацией флюида. Дальнейшее продвижение глубинного вещества вверх зависит от проницаемости верхней мантии. Такими зонами проницаемости являются наклонные мантийные структуры, в том числе так называемые зоны субдукции, по существу зона сочленения двух различных структур. Эти зоны имеют изломы, а в ряде случаев изломы имеют углы, близкие к прямым.

Однако зоны "проницаемости" в верхней мантии не могут иметь трещин, поэтому они могут быть проницаемы только для легких газов (под флюидом следует понимать только легкие газы), которые образуют фазы внедрения. Это водород и гелий. Зоны изгиба представляются зонами накопления водорода в кристаллических структурах. Можно полагать, что поток водорода из внешнего ядра квазипостоянен, поэтому накопление водорода в этих зонах будет заканчиваться его прорывом в вышележащие структуры. Примером такого поведения водорода может быть струйный прорыв (см. рис. 4.4 в,г и 4.7-4.10). Этот прорыв будет сопровождаться перестройкой снизу вверх протяженных кристаллических структур, проявляющейся в ее быстром деформировании, т.е. тем, что называют глубокофокусным землетрясением. Естественно, что в этом процессе нет разрыва сплошности. В подтверждение этой модели можно привести данные по цикличности или ритмичности глубокофокусных землетрясений с периодичностью 7-8 лет [Поликарпова и др., 1995], отражающих косвенно как величину глубинного потока водорода, так и особенности взаимодействия этого потока с твердой фазой и ее реакцию на этот поток.

Вместо заключения.

Эндогенные процессы в так называемых зонах субдукции действуют в масштабах, существенно превышающих региональные. Измерения возмущений различных полей в локальных участках могут дать информацию об активизации пространственных или локальных процессов. Однако они не могут помочь в оценке и прогнозировании локальной реакции среды в тех или иных участках. В тоже время плотная сеть мониторинга, где она возможна, может помочь в оконтуривании региональной зоны эндогенного возбуждения среды, но вряд ли может указать на вероятное место сильного события.

Чтобы управлять чем бы то ни было, надо считаться с массовыми фактами, а еще лучше - понимать их.