Высвобождение воды сотрясает Тихоокеанскую плиту на глубине
Тонга — настоящий рай для сейсмологов, и не только из-за пляжей с белым песком. Зона субдукции у восточного побережья архипелага порождает больше землетрясений на промежуточной и большой глубине, чем любая другая подобная зона на планете, где одна плита литосферы Земли погружается под другую.
"Тонга — такое экстремальное место, и это делает его очень показательным", — говорит сейсмолог Шон Вэй.
Этот рой землетрясений крайне интересен для учёных, поскольку причина сейсмической активности на таких больших глубинах до сих пор не вполне понятна. Ниже примерно 65 км огромные жара и давление в недрах Земли должны делать горную породу мягкой и пластичной, более склонной к течению, чем к разлому.
В выпуске журнала Science Advances от 11 января команда сейсмологов из Вашингтонского университета, Океанографического института Скриппса и Научного института Карнеги проанализировала данные 671 землетрясения, произошедшего на глубинах от 50 до 450 км в Тихоокеанской плите по мере её погружения в жёлоб Тонга.
Анализ данных с морских донных и наземных сейсмических станций выявил зону интенсивной сейсмической активности в погружающейся плите — сейсмический пояс. Распределение активности вдоль плиты дало убедительные доказательства того, что землетрясения вызваны высвобождением воды на глубине.
"Похоже, сейсмический пояс образуется из-за внезапного выброса воды, когда плита прогревается настолько, что гидратированные минералы разлагаются и отдают свою воду", — пояснил профессор Дуг Винс. "Давление флюида вызывает землетрясения так же, как закачка сточных вод в глубокие скважины вызывает их в Оклахоме. Хотя детали сильно различаются на многокилометровой глубине, это тот же физический процесс".
Ключевой результат
Неожиданностью для учёных стало то, что всплеск сейсмичности в поясе был наклонён вверх с севера на юг вдоль плиты: чем быстрее движение плиты, тем глубже землетрясения, и наоборот. Это указало на температурно-зависимый механизм их запуска.
"Мы считаем, что землетрясения происходят, когда мантия в погружающейся плите нагревается достаточно для высвобождения воды", — сказал Винс. "Это и есть 'решающее доказательство': сейсмичность меняет глубину способом, который коррелирует со скоростью субдукции и температурой плиты".
Глубинный круговорот воды
Вода попадает в недра, когда внутренняя часть Тихоокеанской плиты контактирует с морской водой, а на её поверхности открываются разломы при погружении под плиту Тонга. Вода реагирует с породой, образуя гидратные минералы (например, змеевик антигорит). Однако с увеличением глубины, температуры и давления эти минералы становятся нестабильными и разрушаются в реакциях дегидратации. Именно это внезапное высвобождение большого количества воды и вызывает землетрясения.
"Температура, которую мы прогнозируем в очагах землетрясений, strongly suggests, что минералы дегидратируются очень глубоко в зоне субдукции Тонга", — отметил соавтор работы Питер ван Кекен из Института Карнеги.
Для Шона Вэя наиболее захватывающей частью исследования стало свидетельство наличия воды на глубине 290 км. "В настоящее время мы не знаем, сколько воды попадает в глубокие недра Земли или как глубоко она может, в конечном итоге, проникнуть. Другими словами, мы не знаем, сколько воды хранится в мантии, что является ключевым фактором для водного баланса Земли".
"Набор данных по Тонга — такое великое сокровище, что мы будем использовать его ещё много лет", — заключил Вэй. "Тонга может рассказать нам ещё много историй о недрах Земли".