Южный Федеральный университет. Геолого-географический факультет.

Курс «Геотектоника с основами геодинамики». Автор: ю.В. Попов Лекция 5. Субдукция

Субдукция – процесс поддвига океанской плиты под онтинентальную или другую океаническую. Зоны субдукции приурочены к осевым частям глубоководных желобов, сопряжённых с островными дугами (являющихся элементами активных окраин).

Субдукция является одним из ведущих геодинамических процессов на конвергентных границах литосферных плит - на субдукционные границы приходится около 80% протяжённости всех конвергентных границ.

При столкновении континентальной и океанической плит естественным явлением является поддвиг океанической (более тяжёлой) под край континентальной; при столкновении двух океанических погружается более древняя (то есть более остывшая и плотная) из них.

В ходе своей эволюции зоны субдукции обычно трансформируются в зоны коллизии (столкновения) типа “континент - континент” или “континент - островная дуга”.

В современном понимании, главный движущий механизм движения плит - медленные конвективные течения в подлитосферной верхней мантии. Второстепенное значение имеют затягивающая сила слэба, сопротивление мантии погружению в нее плиты (сила откатывания назад), отталкивание от хребта и другие отклоняющие напряжения. Активность вдоль зон субдукции во многом зависит от возраста литосферы, скорости конвергенции плит и совпадения направления субдукции с общим направлением течения мантийного материала. Чем моложе литосфера, выше скорость конвергенции и чем более направление субдукции противоположно преобладающему подлитосферному мантийному течению, тем положе падает сейсмофокальная плоскость - зона Беньофа.

Поверхностная морфология зон субдукции во многом определяется векторами перемещения плит относительно друг друга: если они движутся в одном направлении, но с разной скоростью, ось желоба смещается в сторону падения ЗБ, которая имеет более крутой наклон в нижней части (Марианский желоб); если одна плита неподвижна, а другая движется с постоянной скоростью, то ось желоба остается на месте, а ЗБ наклонена под углом 30-45° (Японский желоб); если плиты движутся навстречу друг другу с разной скоростью, то ось желоба смещается в сторону, противоположную наклону ЗБ, которая выполаживается (Чилийский желоб). Существенное влияние на форму островной дуги над зоной субдукции оказывает величина скорости конвергенции плит. При малой скорости (до 5 см/год) кривизна островной дуги обычно не превышает 10°. При скорости более 5 см/год она изменяется от 10° до 90° . Следовательно, по форме дуги можно судить о скорости субдукции. Предполагается, что наклон поглощаемой плиты не зависит от скорости конвергенции, если она меньше 10 см/год.

Геофизические особенности зон субдукции

Сейсмическая томография: субдуцирующая океаническая плита прослеживается в мантию («холодная» мантия), прослеживаясь до границы 670 км (иногда глубже: 1200 км в Курило-Камчатской области).

Рисунок – Томографический профиль через Эллинский желоб, остров Крит и Эгейское море. Сервые кружки – гипоцентры землетрясений. Синим цветом показана пластина погружающейся холодной мантии, красным – горячая мантия (по данным В. Спэкмена, 1989)

Сейсмологические наблюдения очагов землетрясений: Наличие наклонных сейсмофокальных зон – так называемых зон Беньофа.

Рисунок - Погружение Тихоокеанской плиты под Камчатку (по М.Г. Ломизе, 1999)

Гравиметрия: Резкие аномалии силы тяжести. Перед глубоководным желобом в океане обычно прослеживается положительная аномалия до 40-60 мГл, приуроченная к краевому валу. Полагают, что она обусловлена упругим антиклинальным изгибом океанской литосферы у начала зоны субдукции. Далее следует интенсивная отрицательная аномалия (120-200 мГл, реже до 300 мГл), которая протягивается на глубоководным будучи смещена на несколько километров в сторону его островодужного (или континентального) борта. Эта аномалия коррелируется с тектоническим рельефом литосферы, а также во многих случаях с наращиванием мощности осадочного комплекса. По другую сторону глубоководного желоба над висячим крылом зоны субдукции наблюдается высокая положительная аномалия (100-300 мГл). Сопоишление наблюденных значений силы тяжести с расчетными подтверждает, что этот гравитационный максимум может быть обусловлен наклонной субдукцией в астеносферу более плотных пород относительно холодной литосферы. В островодужных системах на продолжении гравитационного профиля обычно следуют небольшая положительные аномалии над бассейном краевого моря.

Магнитометрия: Границы судрукции секут полосовые магнитные аномалии (иногда они прослеживаются и под висячим крылом, затем происходит размагничивание).

Геотермия: Снижение теплового потока по мере погружения относительно холодной литосферы под островодужный (или континентальный) борт глубоководного желоба. Однако дальше, с приближением к поясу активных вулканов, тепловой поток резко возрастает. Как полагают, там выносится энергия, выделяющаяся на глубине в результате субдукционного трения, адиабатического сжатия и экзотермических минеральных превращений.