Ukryty kontynent zrodził nową strefę subdukcji w pobliżu Nowej Zelandii

Na południe od Nowej Zelandii na Morzu Tasmana leży sztormowy odcinek oceanu, na którym fale regularnie mają wysokość 6 metrów lub więcej, a wiatry wieją z prędkością 48 kilometrów na godzinę. W tym regionie znajduje się Puysegur Trench, jedna z najmłodszych stref subdukcji na naszej planecie. Tutaj australijska płyta jest “wpychana” pod płytę pacyficzną, powodując częste duże trzęsienia ziemi, w tym trzęsienie o sile 7,2 w skali Richtera w 2004 roku.

Teraz nowe badania pokazują, jak powstała ta strefa subdukcji: przez miliony lat kawałek „ukrytego” kontynentu Zelandii na granicy między płytami Australii i Pacyfiku został rozciągnięty i przesunięty w sposób, który doprowadził gęstszą skorupę oceaniczną do zderzenia. To odkrycie, że umieszczanie różnych typów skorupy naprzeciw siebie na wcześniej istniejącej granicy płyt prowadzi do subdukcji, może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób powstają inne nowe strefy subdukcji na całym świecie.

„Strefy subdukcji to jedne z najważniejszych, jeśli nie najważniejsze, granice płyt” – powiedział główny autor badania, Brandon Shuck, doktorant z University of Texas w Austin. „Tak naprawdę są głównymi siłami napędowymi tektoniki płyt, więc są głównym powodem, dla którego płyty na Ziemi faktycznie się poruszają. Granice płyt są też bardzo niszczycielskie.… Nie rozumiemy zbyt dobrze, jak one się tworzą i jakie są ich początki.”

Badania „Ryczącej czterdziestki (Roaring Forties)”

Tworzenie stref subdukcji jest tajemnicze, ponieważ strefy subdukcji są z natury destrukcyjne. Kiedy płyta oceanicznej skorupy nurkuje pod skorupą kontynentalną, skały na powierzchni krzywią się, pękają i deformują. W międzyczasie oceaniczna płyta wbija się w płaszcz, gdzie się topi, to pozostawia niewiele historii geologicznej do zbadania.

Strefa subdukcji na krawędzi Puysegur jest na tyle młoda, że ​​ta historia nie została jeszcze wymazana. To sprawia, że ​​jest to idealne miejsce, aby odpowiedzieć na pytanie, jak kształtują się strefy subdukcji, powiedział Shuck. Nie ma jeszcze dobrego wyjaśnienia, w jaki sposób płyty tektoniczne zaczynają subdukcje.

Badanie krawędzi Puysegur nie jest jednak łatwym zadaniem, ponieważ znajdują się one w „strefie ryczących czterdziestek [Roaring Forties]”, na szerokościach między 40 stopni na południe a 50 stopni na południe, gdzie wiatry i prądy są brutalne. Naukowcy na pokładzie statku badawczego Marcus Langseth wyruszyli w ten region w 2018 roku w ramach badania inicjacji subdukcji na Wyspie Południowej. To była trudna podróż, powiedział Shuck. Załoga musiała spędzić prawie jedną czwartą czasu, ukrywając się za wyspami, aby uniknąć wichur.

„W pewnym momencie nasza łódź kołysała się na boki o jakieś 20 stopni” – powiedział Shuck.

Pomimo pogody naukowcom udało się rozmieścić sejsmometry na dnie morskim i wykonać badania sejsmiczne podpowierzchniowe, metodą, która wykorzystuje odbite fale dźwiękowe do zobaczenia podziemnych struktur.

Tworzenie strefy subdukcji

Schemat przedstawiający krawędzie Puysegur na południe od Nowej Zelandii. Ekspansja dna morskiego, które rozpoczęła się 45 milionów lat temu, rozciągnęło zanurzoną kontynentalną skorupę Zelandii na płycie pacyficznej, tworząc przerzedzony region w Solander Basin. Uskok spowodowany tektoniką poślizgu uderzeniowego [strike-slip tectonics] spowodował, że osłabiona skorupa kontynentalna i gęstsza skorupa oceaniczna znalazły się obok płyty australijskiej. Zderzenie zepchnęło gęstą skorupę oceaniczną pod lżejszą skorupę kontynentalną, proces zwany subdukcją. (Zdjęcie: Brandon Shuck)

Nowe dane pozwoliły naukowcom poznać historię młodej strefy subdukcji, którą Shuck przedstawił na wirtualnym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Sejsmologicznego 22 kwietnia, tego samego dnia, w którym badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Tectonics. Wszystko zaczęło się około 45 milionów lat temu, kiedy nowa granica między płytami Australii i Pacyfiku zaczęła się formować z powodu siły zwanej rozciąganie [extension].

Skorupa oceaniczna na granicy płyt zareagowała na to rozszerzenie w przewidywalny sposób: gdy skorupa była cienka, magma z płaszcza “przepychała” się w górę przez pęknięcia, następnie twardniała i tworzyła nową skałę. Ten proces nazywa się ekspansją dna oceanicznego (seafloor spreading) i tak tworzy się nowa skorupa oceaniczna.

Ale był haczyk: tajemniczy kontynent Zelandii. Zelandia to zatopiona część skorupy kontynentalnej wielkości Australii otaczającej Nową Zelandię. Zelandia znajdowała się na północnym krańcu tej rozciągającej się strefy. Ponieważ skorupa kontynentalna jest grubsza i bardziej wyporna, siły ekstensyjne [ekstensja w geologii oznacza odkształcenie obiektu geologicznego, następujące wskutek działania naprężeń rozciągających] działające na granicy płyt nie były w stanie złamać Zelandii. Zamiast tego, podczas ekspansji skorupa kontynentalna po prostu się rozciągnęła, tworząc przerzedzoną strefę, znaną obecnie jako Solander basin.

Teraz były dwie płyty. Płyta australijska na zachodzie składała się ze skorupy kontynentalnej z północnej Zelandii  i nowej skorupy oceanicznej na południu. Płyta pacyficzna na wschodzie również składała się ze nowej skorupy oceanicznej na południu. Na północy płyty pacyficznej kontynentalna skorupa Solander basin była przerzedzona. Na granicy płyt skorupa oceaniczna zderzyła się ze skorupą oceaniczną, a skorupa kontynentalna ze skorupą kontynentalną.

Prawdopodobnie niewiele by to zmieniło, gdyby nie kolejna zmiana tektoniczna 25 milionów lat temu.

W tym czasie granica między płytą australijską a płytą pacyficzną przestały się rozszerzać. Zamiast tego płyty zaczęły przesuwać się obok siebie, tworząc tzw. strike-slip faults [uskoki przesuwcze]. Teraz płyta Pacyfiku przesuwała się na południe, a płyta australijska na północ. Ten przeciwny ruch sprowadził oceaniczną skorupę płyty australijskiej tuż obok cienkiej skorupy kontynentalnej Solander basin na płycie Pacyfiku.

Ilustracja przedstawiająca strike-slip faults [uskoki przesuwcze] na granicy płyty tektonicznej. (Zdjęcie: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

To był klucz do rozpoczęcia subdukcji, powiedział Shuck: skorupa kontynentalna jest bardziej wyporna niż gęstsza skorupa oceaniczna, a ta różnica w pływalności pozwoliła gęstszej części płyty australijskiej na przesuwanie się pod lżejszą płytą pacyficzną, zwłaszcza że granica między tymi kontynentami i płyty oceaniczne zostały już osłabione przez wcześniejsze strike-slip faults [uskoki przesuwcze]. Odkrycia pokazują, jak ważny jest strike-slip [poślizg uderzeniowy] dla tektoniki, powiedział Shuck.

„Sposób poruszania się płyt jest naprawdę ważny” – powiedział. „Jeśli myślisz tylko o rozszerzeniu i zbliżaniu się do siebie, to nie dzieje się nic specjalnego, ale strike-slip [poślizg uderzeniowy], przesuwający część skorupy powoduje, że płyty przesuwają się obok siebie, a w końcu prowadzi to do połączenia materiałów o różnych właściwościach.”

Przesunięcia uskoku

Są inne miejsca na całym świecie, w których strike-slip [poślizg uderzeniowy] zdarza się w tym samym miejscu co kompresja i zbieżność płyt, szczególnie wzdłuż uskoku Queen Charlotte na północ od Vancouver i na południe od Alaski, powiedział Shuck. Powiedział, że ten uskok może być miejscem, w którym potencjalnie może powstać strefa subdukcji.

Ale pozostaje też wiele pytań, na które trzeba odpowiedzieć na temat uskoku na południu Nowej Zelandii. Przemawiając na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Sejsmologicznego w dniu 22 kwietnia, geofizyk Caroline Eakin z Australian National University opisała podróż badawczą do Macquarie Ridge, podmorskiego grzbietu 1000 kilometrów na południe od Nowej Zelandii, na tym samym uskoku, co krawędzie Puysegur. W październiku 2020 roku naukowcy umieścili przyrządy sejsmiczne na dnie morskim na tym nierównym grzbiecie.

Naukowcy wrócą po instrumenty w listopadzie 2021 r., o ile pozwoli na to pogoda. Krawędzie Puysegura znajdują się w pasie wód oceanicznych nazywanych „Ryczące czterdziestki (Roaring Forties)”, Macquarie Ridge znajduje się w pasie wód oceanicznych nazywanych „Wyjące Pięćdziesiątki [Furious Fifties]”. Statek badawczy napotkał wiatr o prędkości 109 kilometrów na godzinę podczas próby rozmieszczenia instrumentów, naukowcy spędził 38% czasu misji na pokładzie, ponieważ pogoda była tak zła i niebezpieczna. Niemniej jednak mają nadzieję, że nowe sejsmometry dna oceanu (ocean-bottom seismometer / OBS) dostarczą wiedzy, co dzieje się pod grzbietem. W tej chwili naukowcy wiedzą, że w regionie występują duże trzęsienia ziemi, ale nie wiedzą zbyt wiele o tym, jak głęboko są w skorupie, na jakich uskokach występują ani na jakie rodzaje tsunami stanowią zagrożenie dla obszarów przybrzeżnych w Australii..

„Dane OBS pozwolą nam również po raz pierwszy zobrazować obszar poniżej granicy płyty przy użyciu różnych technik obrazowania sejsmicznego” – powiedział Eakin. „Obecnie większość naszych obserwacji mówi nam o tym, co dzieje się na powierzchni lub w pobliżu powierzchni, ale nie mamy pojęcia, co dzieje się pod powierzchnią granicy płyt w regionie Macquarie Ridge”.

Jedno pytanie, na które mają nadzieję odpowiedzieć: czy uskok w Macquarie Ridge również zacznie się zmieniać w strefę subdukcji? Krawędzie Puysegur i Macquarie Ridge są ze sobą powiązane i doświadczają podobnych zmian w ruchu płyty w czasie, powiedział Eakin. Macquarie Ridge, będący dwoma połączonymi ze sobą płytami skorupy oceanicznej, może być bardziej odporny na subdukcję niż kontynentalna i oceaniczna krawędzie Puysegur, powiedział Shuck; ale strefy subdukcji mogą również rozprzestrzeniać się wzdłuż uskoku z jednego punktu.

Źródło: Stephanie Pappas

Strike‐Slip Enables Subduction Initiation Beneath a Failed Rift: New Seismic Constraints From Puysegur Margin, New Zealand

Zdjęcie: Arne Hodalic via Getty Images

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x