Как вода в глубине Земли вызывает землетрясения и цунами

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, международная команда ученых предоставила первые убедительные доказательства, непосредственно связывающие глубинный круговорот воды на Земле и его проявления с магматической продуктивностью и землетрясением.

Вода (H ₂ O) и другие летучие вещества (например, CO ₂ и сера), которые циркулируют по глубине Земли, сыграли ключевую роль в эволюции нашей планеты, включая формирование континентов, начало жизни, концентрацию минеральные ресурсы, а также распределение вулканов и землетрясений.

Зоны субдукции, где тектонические плиты сходятся, а одна плита погружается под другую, являются наиболее важными частями цикла — с большими объемами воды, входящей и выходящей, в основном в результате извержений вулканов. Тем не менее, как (и сколько) воды транспортируется посредством субдукции и ее влияние на природные опасности и образование природных ресурсов, исторически плохо изучено.

Ведущий автор исследования, доктор Джордж Купер, почетный научный сотрудник Школы наук о Земле Бристольского университета, сказал: «По мере того, как плиты перемещаются от места, где они впервые были сделаны в середине океанических хребтов, к зонам субдукции, морская вода проникает в скалы через трещины. , разломы и связывание с минералами. При достижении зоны субдукции тонущая пластина нагревается и сжимается, что приводит к постепенному выделению части или всей ее воды. По мере выпуска воды она понижает температуру плавления окружающих пород и генерирует магму. Эта магма плавуча и движется вверх, что в конечном итоге приводит к извержениям в вышележащей вулканической дуге. Эти извержения потенциально взрывоопасны из-за летучих веществ, содержащихся в расплаве.Тот же процесс может вызвать землетрясения и может повлиять на ключевые свойства, такие как их сила и то, вызывают ли они цунами или нет «.

Где и как выделяются летучие вещества и как они модифицируют основной камень, остается предметом интенсивных исследований.

Большинство исследований было сосредоточено на субдукции вдоль Тихоокеанского огненного кольца. Однако это исследование было сосредоточено на Атлантической плите, а точнее, на вулканической дуге Малых Антильских островов, расположенной на восточной окраине Карибского моря.

«Это одна из двух зон, которые в настоящее время поглощают плиты, образованные медленным распространением. Мы ожидаем, что он будет гидратирован более распространенным и неоднородным, чем быстро распространяющаяся Тихоокеанская плита, и для выражений выделения воды будет более выраженным», — сказал профессор Саския. Идет в Имперский колледж Лондона.

Проект Volatile Recycling in the Lesser Antilles (VoiLA) объединяет большую междисциплинарную группу исследователей, включая геофизиков, геохимиков и геодинамиков из Даремского университета, Имперского колледжа Лондона, Саутгемптонского университета, Бристольского университета, Ливерпульского университета, Технологического института Карлсруэ, Университет Лидса, Музей естествознания, Институт физической культуры в Париже и Университет Вест-Индии.

«Мы собрали данные по двум морским научным рейсам на RRS James Cook, временным развертываниям сейсмических станций, которые регистрировали землетрясения под островами, геологическим полевым исследованиям, химическому и минеральному анализу образцов горных пород и численному моделированию», — сказал доктор Купер.

Чтобы проследить влияние воды по всей длине зоны субдукции, ученые изучили составы бора и изотопы расплавных включений (крошечные карманы захваченной магмы в вулканических кристаллах). Отпечатки бора показали, что богатый водой минеральный серпентин, содержащийся в тонущей плите, является доминирующим поставщиком воды в центральную область дуги Малых Антильских островов.

«Изучив эти измерения в микронном масштабе, можно лучше понять крупномасштабные процессы. Наши объединенные геохимические и геофизические данные на сегодняшний день дают наиболее четкое указание на то, что структура и количество воды погружающейся плиты напрямую связаны с вулканическим развитием. дуга и связанные с ней опасности », — сказал профессор Колин Макферсон из Даремского университета.

«Самые влажные части нисходящей плиты находятся там, где имеются крупные трещины (или зоны разрушения). Сделав численную модель истории субдукции зоны разрушения ниже островов, мы нашли прямую связь с местоположениями самых высоких скоростей малых землетрясения и низкие скорости сдвиговых волн (которые указывают жидкости) в недрах «, — сказал профессор Саския Гоес.

История субдукции зон разломов, богатых водой, также может объяснить, почему центральные острова дуги самые большие и почему за геологическую историю они произвели наибольшее количество магмы.

«Наше исследование предоставляет убедительные доказательства, которые непосредственно связывают входящие и выходящие части цикла и их выражения с точки зрения магматической продуктивности и землетрясения. Это может стимулировать исследования в других зонах субдукции, чтобы найти такие водоносные структуры разломов на «Подводящая пластина, помогающая понять закономерности возникновения вулканических и землетрясений», — сказал доктор Купер.

«В этом исследовании мы обнаружили, что изменения в воде коррелируют с распределением меньших землетрясений, но мы действительно хотели бы знать, как эта модель высвобождения воды может повлиять на потенциал — и действовать как система предупреждения — для более крупных землетрясений и возможных цунами, «сказал профессор Колин Макферсон.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Университетом Бристоля . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Купер, Г.Ф., Макферсон, К.Г., Блунди, Д.Д., Маундер Б., Аллен Р.В., Гоес С., Коллиер Дж. С., Би, Л., Хармон Н., Хикс, С.П., Ивсон А.А., Притулак П., Ритброк А., Рихерт С., Дэвидсон Дж.П. и команда VoiLA. Переменный расход воды контролирует развитие вулканической дуги Малых Антильских островов . Природа , 2020 DOI: 10.1038 / s41586-020-2407-5