Глубокий фокус землетрясения в сейсмологии (также называется глубинное землетрясение) является землетрясение с Эпицентра глубиной более 300 км. Они встречаются почти исключительно на конвергентных границах вместе с субдуцированной океанической литосферой . Они расположены вдоль падающей табличной зоны под зоной субдукции, известной как зона Вадати-Бениофф . [1]
Открытие
Предварительные доказательства существования глубокофокусных землетрясений были впервые представлены вниманию научного сообщества в 1922 году Гербертом Холлом Тернером . [2] В 1928 году Кийу Вадати доказал существование землетрясений, происходящих глубоко под литосферой, опровергнув представление о том, что землетрясения происходят только с небольшой глубиной очага. [3]
Сейсмические характеристики
Глубокие землетрясения вызывают минимальные поверхностные волны . [3] Их фокальная глубина снижает вероятность того, что землетрясения вызовут движение сейсмических волн с энергией, сосредоточенной на поверхности. Путь сейсмических волн глубокофокусных землетрясений от очага до станции регистрации только один раз проходит через неоднородную верхнюю мантию и сильно изменчивую кору . [3] Следовательно, объемные волны подвергаются меньшему затуханию и реверберации, чем сейсмические волны от неглубоких землетрясений, что приводит к резким пикам объемных волн.
Механизмы очага
Картина энергетического излучения землетрясения представлена решением тензора момента , которое графически представлено диаграммами пляжного мячика. Взрывной или имплозивный механизм создает изотропный сейсмический источник. Скольжение по плоской поверхности разлома приводит к так называемому источнику двойной пары. Равномерное движение наружу в одной плоскости из-за нормального сокращения приводит к возникновению источника скомпенсированного линейного векторного диполя . [3] Было показано, что глубокофокусные землетрясения содержат комбинацию этих источников. Механизмы очагов глубоких землетрясений зависят от их положения в субдуцирующих тектонических плитах. На глубинах более 400 км преобладает сжатие по падению, тогда как на глубинах 250-300 км (что также соответствует минимуму числа землетрясений в зависимости от глубины) режим напряжений более неоднозначен, но ближе к напряжению по падению. [4] [5]
Физический процесс
Мелкофокусные землетрясения являются результатом внезапного высвобождения энергии деформации, накопленной с течением времени в горных породах из-за хрупкого разрушения и фрикционного скольжения по плоским поверхностям. [6] Однако физический механизм глубокофокусных землетрясений изучен плохо. Субдуцированная литосфера, подверженная давлению и температурному режиму на глубинах более 300 км, не должна проявлять хрупкость, а должна реагировать на напряжение пластической деформацией . [3] Было предложено несколько физических механизмов возникновения и распространения глубокофокусных землетрясений; однако точный процесс остается нерешенной проблемой в области глубинной сейсмологии.
В следующих четырех подразделах изложены предложения, которые могли бы объяснить физический механизм возникновения глубоких землетрясений. За исключением фазовых переходов твердое тело-твердое тело , предлагаемые теории механизма очага глубоких землетрясений имеют равные основания в современной научной литературе.
Фазовые переходы твердое тело-твердое тело
Самый ранний предложенный механизм генерации глубокофокусных землетрясений - это имплозия из-за фазового перехода материала в фазу с более высокой плотностью и меньшим объемом. [3] оливин - шпинель фазовый переход , как полагают, происходит на глубине 410 км в недрах Земли. Эта гипотеза предполагает, что метастабильный оливин в океанической литосфере, погруженной на глубины более 410 км, претерпевает внезапный фазовый переход в структуру шпинели. Увеличение плотности из-за реакции вызовет взрыв, что приведет к землетрясению. Этот механизм был в значительной степени дискредитирован из-за отсутствия значительной изотропной сигнатуры в решении тензора момента глубокофокусных землетрясений. [1]
Обезвоживание, охрупчивание
Реакции дегидратации минеральных фаз с высоким массовым содержанием воды увеличили бы поровое давление в субдуцированной океанической литосферной плите. Этот эффект снижает эффективное нормальное напряжение в плите и позволяет проскальзывать по уже существующим плоскостям разлома на значительно большей глубине, которая обычно возможна. [1] Несколько рабочих [ кто? ] предполагают, что этот механизм не играет значительной роли в сейсмической активности за пределами глубины 350 км из-за того, что большинство реакций дегидратации завершатся при давлении, соответствующем глубине от 150 до 300 км (5-10 ГПа). [1]
Трансформационный разлом или противоударный разлом
Трансформационные разломы, также известные как разломы против трещин, являются результатом фазового перехода минерала в фазу с более высокой плотностью, происходящего в ответ на напряжение сдвига в мелкозернистой зоне сдвига. Преобразование происходит в плоскости максимального напряжения сдвига. Затем вдоль этих плоскостей слабости может происходить быстрое расслоение, вызывая землетрясение по механизму, подобному мелкофокусному землетрясению. Метастабильный оливин субдуцированный мимо оливин вадслеит перехода при 320--410 глубине км ( в зависимости от температуры) является потенциальным кандидатом для таких нестабильность. [3] Аргументы против этой гипотезы включают требования, что область разломов должна быть очень холодной и содержать очень мало гидроксильных групп, связанных с минералами. Более высокие температуры или повышенное содержание гидроксила исключают метастабильную сохранность оливина до глубин самых глубоких землетрясений.
Сдвиговая нестабильность / тепловой разгон
Сдвиговая нестабильность возникает, когда в результате пластической деформации тепло создается быстрее, чем может быть отведено. Результатом является тепловой разгон , положительная обратная связь по нагреву, ослаблению материала и локализации деформации в зоне сдвига. [3] Продолжающееся ослабление может привести к частичному плавлению вдоль зон максимального напряжения сдвига. Неустойчивость пластического сдвига, приводящая к землетрясениям, не была зарегистрирована в природе, и не наблюдалась в природных материалах в лаборатории. Поэтому их актуальность для глубоких землетрясений заключается в математических моделях, которые используют упрощенные свойства материалов и реологию для моделирования природных условий.
Зоны глубокого землетрясения
Основные зоны
Восточная Азия / Западная часть Тихого океана
На границе Тихоокеанской плиты и Охотское и Планшетов Филиппинского моря является одним из наиболее активных областей глубокого очага землетрясения в мире, создавая много больших землетрясений в том числе М ш 8.3 2013 землетрясения в Охотском море . Как и во многих других местах, землетрясения в этом регионе вызваны внутренними напряжениями на субдуцированной Тихоокеанской плите, поскольку она продвигается глубже в мантию.
Филиппины
Зона субдукции составляет большую часть границы Филиппинской морской плиты и плиты Сунда , причем разлом частично ответственен за поднятие Филиппин . Самые глубокие участки Филиппинской морской плиты вызывают землетрясения на глубине до 675 километров (419 миль) от поверхности. [7] Известные глубокофокусные землетрясения в этом регионе включают в М ш 7,7 землетрясения в 1972 и М ш 7,6, 7,5 и 7,3 2010 Минданао землетрясение .
Индонезия
В Австралийской плите подвигается под плитой Зондской , создавая подъем на большой части южной Индонезии , а также землетрясения на глубинах до 675 км (419 миль). [8] Известные глубокофокусные землетрясения в этом регионе включают в М ш 7,9 землетрясения в 1996 году, и М ш 7.3 землетрясения в 2006 году.
Папуа-Новая Гвинея / Фиджи / Новая Зеландия
К наиболее активной глубокому фокусу разломообразования зона в мире, что вызвано Тихоокеанской плитой погружающейся под Австралийской плитой , Тонги плиты и Кермадек плиты . Землетрясения были зарегистрированы на глубине более 735 километров (457 миль) [9], самой глубокой на планете. Большая область субдукции приводит к широкой полосе глубокофокусных землетрясений с центрами от Папуа-Новой Гвинеи до Фиджи и Новой Зеландии , хотя угол столкновения плит заставляет область между Фиджи и Новой Зеландией быть наиболее активной, с землетрясениями. M w 4.0 или выше, происходящие почти ежедневно. [10] Известные глубокофокусные землетрясения в этом регионе включают в М ш 8,2 и 7,9 землетрясения в 2018 году , и М ш 7.8 землетрясения в 1919 году.
Анды
Субдукция плиты Наска под Южноамериканскую плиту , помимо создания горного хребта Анд , также создала ряд глубоких разломов под поверхностью Колумбии , Перу , Бразилии , Боливии , Аргентины и даже на востоке Парагвая. . [11] Землетрясения часто происходят в регионе на глубине до 670 километров (420 миль) от поверхности. [12] Несколько крупных землетрясений произошли здесь, в том числе М ш 8,2 1994 Боливия землетрясения (631 км в глубину), М ш 8,0 1970 Колумбия землетрясения (645 км глубиной), а М ж 7,9 1922 Перу землетрясения (475 км в глубину) .
Незначительные зоны
Гранада, Испания
Примерно 600-630 км (370-390 миль) под городом Гранада на юге Испании , несколько крупных землетрясений были зафиксированы в современной истории, в частности , в том числе М ш 7.8 землетрясения в 1954 году, [13] и М ш 6.3 землетрясения в 2010 году Поскольку Испания не находится вблизи каких-либо известных зон субдукции, точная причина продолжающихся землетрясений остается неизвестной. [14]
Тирренское море
В Тирренском море к западу от Италии происходит большое количество глубоких землетрясений на глубине до 520 километров (320 миль) от поверхности. [15] однако очень мало землетрясений происходит в регионе глубиной менее 100 километров (62 миль), большинство из которых происходит на глубине около 250–300 километров (160–190 миль). Из-за отсутствия мелких землетрясений считается, что разлом возник из древней зоны субдукции, которая начала субдукцию менее 15 миллионов лет назад и в основном закончилась около 10 миллионов лет назад, больше не видимая на поверхности. [16] Из-за рассчитанной скорости субдукции причиной субдукции, вероятно, было внутреннее напряжение на Евразийской плите , а не столкновение Африканской и Евразийской плит , причина современной субдукции для близлежащего Эгейского моря. и анатолийские микропланшеты.
Афганистан
На северо-востоке Афганистана время от времени происходит ряд землетрясений средней интенсивности на глубине до 400 километров (250 миль). [17] Они вызваны столкновением и погружением Индийской плиты под Евразийскую плиту , самые глубокие землетрясения, сконцентрированные на самых дальних субдуцированных участках плиты. [18]
Южные Сандвичевы острова
В Южных Сандвичевых остров между Южной Америкой и Антарктидой кочует ряд землетрясений до 320 километров (200 миль) в глубине. [19] Они вызваны субдукцией Южноамериканской плиты под Южную сэндвич-плиту . [20]
Известные глубокофокусные землетрясения
Самым сильным глубокофокусным землетрясением в сейсмических записях было землетрясение в Охотском море магнитудой 8,3, которое произошло на глубине 609 км в 2013 году. [21] Самым глубоким землетрясением из когда-либо зарегистрированных было небольшое землетрясение силой 4,2 балла в Вануату на глубине 735,8 км в 2004 году. . [22]
Рекомендации
- ^ a b c d Фролих, Клифф (1989). «Природа глубокофокусных землетрясений». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 17 : 227–254. Bibcode : 1989AREPS..17..227F . DOI : 10.1146 / annurev.ea.17.050189.001303 .
- ^ Грин, Гарри У. (995). «Механика глубоких землетрясений». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 23 : 169. DOI : 10.1146 / annurev.earth.23.1.169 .
- ^ Б с д е е г ч Frohlich, Клифф (2006). Глубокие землетрясения . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-82869-7.[ требуется страница ]
- ^ Исакс, Брайан; Мольнар, Питер (сентябрь 1969). «Механизмы мантийных землетрясений и опускание литосферы». Природа . 223 (5211): 1121–1124. Bibcode : 1969Natur.223.1121I . DOI : 10.1038 / 2231121a0 .
- ^ Василиу, М.С. (июль 1984 г.). «Состояние напряжения в погружающихся плитах, выявленное землетрясениями, проанализировано с помощью инверсии тензора момента». Письма о Земле и планетах . 69 (1): 195–202. Bibcode : 1984E & PSL..69..195V . DOI : 10.1016 / 0012-821X (84) 90083-9 .
- ^ Кири, Филипп; Кейт А. Клепейс; Фредерик Дж. Вайн (2013). Глобальная тектоника (3-е изд.). Джон Вили и сыновья. ISBN 978-1-118-68808-3.[ требуется страница ]
- ^ «М 4.8 - Море Целебес» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «М 4.6 - Море Банда» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «М 4.2 - регион Вануату» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Последние землетрясения» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Hayes, Gavin P .; Смочик, Григорий М .; Benz, Harley M .; Ферлонг, Кевин П .; Вильясеньор, Антонио (2015). «Сейсмичность Земли 1900-2013 гг., Сейсмотектоника Южной Америки (регион плиты Наска)». Отчет об открытом файле . DOI : 10.3133 / ofr20151031E .
- ^ «М 3,7 - Акко, Бразилия» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «М 7.8 - Гибралтарский пролив» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Загадка глубоко под Испанией» . seismo.berkeley.edu . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «М 3.7 - Тирренское море» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Андерсон, H .; Джексон, Дж. (1 декабря 1987 г.). «Глубокая сейсмичность Тирренского моря» . Международный геофизический журнал . 91 (3): 613–637. Bibcode : 1987GeoJ ... 91..613A . DOI : 10.1111 / j.1365-246X.1987.tb01661.x .
- ^ «M 5.0 - 4 км к юго-востоку от Ашкашама, Афганистан» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «Причина землетрясения в Афганистане - глубокая тайна» . National Geographic News . 26 октября 2015 . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «M 4.3 - 132 км к северо-западу от острова Бристоль, Южные Сандвичевы острова» . earthquake.usgs.gov . Проверено 26 декабря 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Vanneste, Lieve E .; Лартер, Роберт Д. (июль 2002 г.). «Субдукция отложений, субдукционная эрозия и режим деформации в северной части преддуги Южного Сэндвича». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 107 (B7): ЭПМ 5-1 – ЭПМ 5-24. Bibcode : 2002JGRB..107.2149V . DOI : 10.1029 / 2001JB000396 .
- ^ «М8.3 - Охотское море» . USGS. 2013-05-25 . Проверено 25 мая 2013 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ «М 4.2 - регион Вануату» . earthquake.usgs.gov . Проверено 22 января 2018 .