Зона субдукции

Зона субдукции — это линейно протяжённая область на границе двух литосферных плит, в которой одна плита (как правило, океаническая) погружается под другую (океаническую или континентальную) и уходит в мантию Земли. Зоны субдукции являются одним из ключевых элементов тектоники плит и представляют собой наиболее геологически активные регионы планеты, где происходят землетрясения, извержения вулканов, формируются горные хребты и глубоководные желоба.

Общая характеристика

Зоны субдукции возникают в результате конвергенции (схождения) литосферных плит. Океаническая литосфера, будучи более плотной и тонкой по сравнению с континентальной, при столкновении оказывается внизу и начинает погружаться в астеносферу. Процесс субдукции является основным механизмом возврата вещества земной коры обратно в мантию, компенсируя образование новой коры в срединно-океанических хребтах.

Геометрически зона субдукции представляет собой наклонную плоскость, уходящую от поверхности на глубину до 700 км. Эта плоскость, вдоль которой фиксируются очаги землетрясений, называется сейсмофокальной зоной (или зоной Вадати — Беньофа). Угол наклона зоны субдукции варьируется от пологих (10–30°) до крутых (до 90°).

Строение и элементы зоны субдукции

Типичная зона субдукции включает несколько характерных морфологических и геологических структур:

• Глубоководный жёлоб — узкое и глубокое понижение дна океана, образующееся в месте, где океаническая плита начинает изгибаться и погружаться. Глубины желобов превышают 6–8 км, а максимальная (в Марианском жёлобе) достигает 11 км.
• Аккреционная призма — клиновидное тело, состоящее из осадочных пород, содранных с погружающейся плиты, и обломков коры. Эти породы сминаются в складки, надвигаются друг на друга и наращивают край вышележащей плиты.
• Преддуговой бассейн — область между аккреционной призмой и вулканической дугой, заполненная осадками.
• Вулканическая дуга — цепь вулканов, расположенная параллельно жёлобу на расстоянии 100–300 км от него. Образуется за счёт плавления мантийного клина над погружающейся плитой.
• Задуговой бассейн — область растяжения и формирования новой океанической коры, расположенная за вулканической дугой (характерен для окраинных морей, например, Охотского моря).

Типы зон субдукции

В зависимости от типа взаимодействующих плит и геодинамической обстановки выделяют два основных типа:

• Тихоокеанский (окраинно-континентальный) тип — океаническая плита погружается под континентальную. Примеры: зона субдукции у западного побережья Южной Америки (Перуанско-Чилийский жёлоб), зона Каскадия (северо-запад США). Результатом являются мощные вулканические цепи (Анды) и сильные землетрясения.
• Марианский (островодужный) тип — океаническая плита погружается под другую океаническую плиту, что приводит к образованию островных дуг. Примеры: Марианская дуга, Тонга, Курильская дуга. Характеризуются более крутыми углами наклона зоны субдукции и глубокими желобами.

Геологические процессы в зонах субдукции

Сейсмичность

Зоны субдукции являются источниками самых сильных землетрясений на Земле (магнитудой до 9,5). Очаги землетрясений располагаются вдоль всей сейсмофокальной зоны на глубинах от нескольких километров до 700 км. Механизм очагов преимущественно взбросовый (в зоне контакта плит) или сдвиговый (внутри погружающейся плиты). Землетрясения в зонах субдукции часто вызывают цунами.

Магматизм и вулканизм

Погружающаяся плита, достигая глубин 100–150 км, начинает дегидратироваться — выделять воду и летучие компоненты, связанные в минералах. Эти флюиды проникают в мантийный клин вышележащей плиты, понижая температуру плавления мантийного вещества. Возникают магмы, которые поднимаются к поверхности, формируя вулканические дуги. Состав магм варьируется от базальтового до андезитового и риолитового. Характер извержений часто эксплозивный (взрывной) из-за высокого содержания газов и воды.

Метаморфизм

Породы, погружающиеся в зоне субдукции, испытывают высокобарический низкотемпературный метаморфизм. Формируются специфические породы — глаукофановые сланцы и эклогиты. При дальнейшем погружении и нагреве породы могут частично плавиться, что также вносит вклад в магмообразование.

Примеры зон субдукции

• Курило-Камчатская зона — одна из наиболее активных в России. Тихоокеанская плита погружается под Охотскую плиту, формируя Курильскую островную дугу и Курило-Камчатский жёлоб. Здесь происходят сильные землетрясения и извержения вулканов (Ключевская Сопка, Шивелуч).
• Японская зона — сложная система, где Тихоокеанская и Филиппинская плиты погружаются под Японские острова. Ответственна за катастрофические землетрясения, такие как Великое землетрясение Канто (1923) и землетрясение Тохоку (2011), вызвавшее цунами и аварию на АЭС «Фукусима-1».
• Перуанско-Чилийская зона — плита Наска погружается под Южно-Американскую плиту. Результат — горная система Анд, активный вулканизм и сильнейшие землетрясения, например, Вальдивское землетрясение (1960, магнитуда 9,5).
• Зона Каскадия — плита Хуан-де-Фука погружается под Северо-Американскую плиту у западного побережья США и Канады. Характеризуется длительными периодами покоя, но способна генерировать землетрясения магнитудой до 9,0.

Значение для геологии и человечества

Зоны субдукции играют фундаментальную роль в глобальном геологическом цикле. Они обеспечивают:

• Круговорот вещества — возврат коры в мантию и переработку осадков.
• Рост континентальной коры — за счёт вулканизма и аккреции.
• Формирование месторождений полезных ископаемых — в зонах субдукции образуются крупные месторождения меди, молибдена, золота, серебра и других металлов (так называемые порфировые месторождения).
• Геологическую опасность — землетрясения, цунами и извержения вулканов в зонах субдукции представляют серьёзную угрозу для прибрежных регионов, включая российский Дальний Восток, Японию, Индонезию, Чили и западное побережье США.

Критика и альтернативные гипотезы

Хотя модель субдукции является общепринятой в геологии, существуют альтернативные объяснения некоторых наблюдаемых явлений. Например, некоторые исследователи предполагают, что в определённых условиях погружение плиты может замедляться или останавливаться, что приводит к «отрыву» слэба (погружающейся плиты) от поверхности. Также ведутся дискуссии о механизмах инициации субдукции — как именно начинается процесс погружения литосферы.

Источники

• Хаин В. Е., Ломизе М. Г. Геотектоника с основами геодинамики. — М.: КДУ, 2005.
• Короновский Н. В., Ясаманов Н. А. Геология. — М.: Академия, 2010.
• Stern, R. J. Subduction zones. Reviews of Geophysics, 2002.
• Тектоника плит и геодинамика / Под ред. В. Е. Хаина. — М.: Наука, 1989.