Введение

Землетрясения относятся к числу наиболее разрушительных природных явлений, и их возникновение не случайно. Глобальное распределение сейсмической активности следует отдельной схеме, которая объясняется теорией тектоники плит. Эта научная структура описывает движение литосферных плит Земли, которые взаимодействуют на границах для генерации стресса, деформации и разрыва. Горячие точки землетрясений — это регионы, где сосредоточена сейсмическая активность, либо вдоль границ плит, либо над мантийными шлейфами. Понимание взаимосвязи между тектоникой плит и горячими точками землетрясений имеет важное значение для оценки сейсмических опасностей, информирования строительных норм и руководства готовностью к чрезвычайным ситуациям во всем мире.

Основы тектоники плит

Литосфера Земли разделена на мозаику из жестких пластин, которые плавают на полужидкой астеносфере. Эти пластины находятся в постоянном движении, движимые такими силами, как конвекция мантии, тяга плиты и толчок хребта. Скорости движения варьируются от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. Большинство тектонических действий — включая землетрясения, вулканизм и горообразование — происходят на границах плит. Есть три основных типа границ плит, каждый из которых связан с характерными шаблонами землетрясений.

Расходящиеся границы

При расходящихся границах плиты раздвигаются, создавая новую кору по мере роста магмы. Это происходит на среднеокеанических хребтах и континентальных рифтовых зонах. Землетрясения здесь обычно неглубокие и умеренной величины, являющиеся результатом протяженного напряжения. Среднеатлантический хребет является классическим примером. Хотя многие из этих землетрясений происходят под океаном, они способствуют глобальному характеру землетрясений.

Сходящиеся границы

Конвергентные границы — это то, где сталкиваются плиты. Если одна плита океаническая, она субдукционирует под другой, образуя глубокую траншею. Процесс субдукции порождает мощные, глубокофокусные землетрясения, поскольку нисходящая плита деформируется и высвобождает накопленный стресс. Континентальное столкновение, такое как столкновение между плитами Индии и Евразии, производит большие мелкие и промежуточные землетрясения. Конвергентные границы принимают самые большие землетрясения за всю историю наблюдений, превышающие магнитуду 9,0.

Преобразование границ

Границы трансформации происходят там, где плиты скользят горизонтально мимо друг друга. Разлом Сан-Андреас в Калифорнии является хорошо известным примером. Эти границы производят частые мелкие землетрясения, часто умеренной величины, хотя некоторые могут быть большими. Стресс накапливается в запертых сегментах и высвобождается внезапно, когда трение преодолевается.

Глобальное распределение горячих точек землетрясений

Картографирование эпицентров землетрясений показывает, что большая часть сейсмической энергии выделяется вдоль узких поясов, которые соответствуют границам плит. Однако некоторые горячие точки возникают вдали от краев плит, часто связанных с интраплатетным вулканизмом. Ниже приведены наиболее значительные очаги землетрясений по всему миру.

Тихоокеанское огненное кольцо

Тихоокеанское огненное кольцо является наиболее сейсмически активным регионом на Земле, опоясывающим Тихий океан. В нем находится около 90% землетрясений в мире и 75% его активных вулканов. Этот пояс проходит вдоль западных побережий Северной и Южной Америки, через Японию, Индонезию, Новую Зеландию и через Алеутские острова. Интенсивная активность является результатом нескольких зон субдукции, включая Японский впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный впадинный в

Альпийский пояс

Протянувшись из Средиземноморского региона через Ближний Восток, Гималаи и в Юго-Восточную Азию, Альпийский пояс является второй по активности сейсмической зоной. Он возникает из-за продолжающегося столкновения африканской, арабской и индийской плит с евразийской плитой. Этот пояс производит большие мелкие землетрясения, такие как землетрясение в Кашмире в 2005 году (M7.6) и землетрясение в Горхе в 2015 году в Непале (M7.8). В регионе также есть значительная сейсмика промежуточной глубины под горами Индукуш и Индукуш.

Среднеатлантический хребет

Среднеатлантический хребет — это расходящаяся граница, проходящая по центру Атлантического океана. В то время как большинство землетрясений здесь небольшие и умеренные и происходят на небольших глубинах, они постоянны. Этот хребет также является местом вулканической активности, например, в Исландии, где граница выходит над уровнем моря. Землетрясения вдоль этого хребта обычно не так разрушительны, как на сходящихся границах, потому что они происходят вдали от населенных районов, но они способствуют глобальному сейсмическому бюджету.

Интраплантировать горячие точки

Не все очаги землетрясений лежат на границах плит. Некоторые расположены внутри тектонических плит, часто над мантийными шлейфами. Гавайская точка доступа является одной из самых известных, производящих как извержения вулканов, так и землетрясения. Другие горячие точки интраплате в Северной Америке включают Йеллоустонскую точку доступа и точку Реюньона в Индийском океане. Землетрясения в этих районах обычно меньше и меньше, но они все еще могут нанести локальный ущерб и дать представление о глубоких земных процессах.

Факторы, влияющие на местоположение Hotspot

Точное расположение и интенсивность очагов землетрясений контролируются несколькими взаимодействующими факторами. К ним относятся тип границы плит, скорость движения плит, наличие мантийных шлейфов и геологические свойства коры. Понимание этих факторов помогает сейсмологам создавать карты опасности и прогнозировать долгосрочную сейсмическую активность.

Тип границы плиты и режим стресса

Как обсуждалось, каждый пограничный тип генерирует различные режимы напряжения: протяженный на расходящихся границах, компрессионный на сходящихся границах и сдвиг на границах преобразования. Величина и частота землетрясений коррелируют со стилем деформации. Зоны субдукции, накапливающие напряжение на больших площадях, производят самые крупные землетрясения. Границы трансформации обычно производят землетрясения умеренного размера, но очень частые землетрясения. Ориентация оси напряжения относительно ранее существовавших разломов также влияет на распространение разрыва и вероятность крупных событий.

Скорость движения плиты

Более быстро движущиеся пластины накапливают напряжение быстрее, что приводит к более коротким интервалам рецидивов и потенциально более крупным землетрясениям. Например, Тихоокеанская плита движется со скоростью 5-10 см в год относительно окружающих плит, способствуя высокой сейсмичности Кольца Огня. Более медленные плиты могут иметь более длинные интервалы между землетрясениями, но накопленная энергия все еще может быть выпущена в крупном событии, если разлом был заблокирован в течение длительного времени.

Мантовые сливы и горячие точки

Мантийные шлейфы — это столбы горячих пород, поднимающиеся от границы ядра-мантии. Когда они достигают литосферы, они вызывают таяние и вулканическую активность. Связанное с ними движение магмы и тепловой стресс могут генерировать землетрясения. Гавайский шлейф, например, производит рои небольших землетрясений, когда магма проталкивается через кору. Хотя эти землетрясения обычно не велики, они могут быть многочисленными и способствовать местной опасности (например, вулканической сейсмичности). Пламос также влияет на поле напряжения в окружающей литосфере, потенциально изменяя распределение сейсмичности.

Геологический состав и кристаллическая структура

Прочность и неоднородность коры влияют на то, как сохраняется и высвобождается стресс. Регионы с толстой, сильной континентальной корой могут испытывать менее частые, но более крупные землетрясения, в то время как более слабая, трещина коры может принимать более многочисленные более мелкие события. Наличие жидкостей (например, воды в зонах субдукции) может уменьшить трение, способствуя замедлению событий скольжения или вызывая землетрясения. Глубина также имеет значение: глубокие землетрясения возможны только в субдукционных плитах, где температура и давление позволяют произойти хрупкой неисправности. Состав плиты (например, гарцбургит против базальта) влияет на глубину, на которой происходит обезвоживание, тем самым контролируя максимальную глубину очагов землетрясения (обычно до около 700 км).

Типы землетрясений в регионах Хотспота

Землетрясения классифицируются по глубине и величине. Мелково-фокусные землетрясения (0-70 км глубины) являются наиболее распространенными и разрушительными. Среднефокусные (70-300 км) и глубокофокусные (300-700 км) землетрясения происходят почти исключительно в зонах субдукции. Глубокие землетрясения плохо изучены, но считаются результатом изменений минеральной фазы или обезвоживания. Масштаб (моментная величина, Mw) измеряет высвобождаемую энергию. В то время как магнитуда 5-6 землетрясений распространена в регионах горячих точек, крупные события (M8 +) редки, но несут огромный разрушительный потенциал. Тихоокеанское огненное кольцо производит как мелкие, так и глубокие землетрясения, в то время как Альпийский пояс имеет в основном мелкие промежуточные события.

Тематические исследования крупных горячих точек землетрясений

Изучение конкретных горячих точек выясняет связь между тектоникой плит и сейсмической опасностью. Ниже приведены несколько хорошо изученных регионов.

Япония

Япония находится на пересечении четырех плит (Тихоокеанского, Филиппинского, Евразийского и Североамериканского морей). Подводная плита Тихого океана под Японией, порождая частые землетрясения, цунами и вулканическую активность. Землетрясение Тохоку 2011 года было событием магнитудой 9,0-9,1 мегатруста, которое вызвало разрушительное цунами. Обширная сеть мониторинга Японии и строгие строительные нормы являются прямым результатом ее статуса горячей точки.

Калифорния

В сейсмичности Калифорнии доминирует система разлома Сан-Андреас, граница преобразования между Тихоокеанскими и Североамериканскими плитами. Система разломов испытывает много небольших и умеренных землетрясений, с крупными землетрясениями, происходящими каждые 100-200 лет (например, землетрясение 1906 года в Сан-Франциско, M7.8). Штат также имеет конвергентное взаимодействие плит на севере (зона субдукции Каскадия) и дивергентную активность в Калифорнийском заливе. Комбинация делает его одним из самых сейсмически активных районов в Соединенных Штатах.

Чили

Чили лежит вдоль Перу-Чили, где под Южноамериканской плитой находится субдукция плиты Наска. Эта зона субдукции производит одни из самых больших землетрясений, когда-либо зарегистрированных, включая землетрясение 1960 года в Вальдивии (M9.5) и землетрясение 2010 года в Мауле (M8.8). В регионе также есть активный вулканизм и опасности цунами. Долгосрочный сегмент субдукции Чили с относительно быстрой конвергенцией (~ 7 см / год) делает его горячей точкой для мегатрусовых землетрясений каждые несколько десятилетий.

Гималаи

Гималаи образуются в результате континентального столкновения между Индией и Евразией. Основные пограничные системы тяги (Главная гималайская тяга) порождают крупные мелководные землетрясения, такие как землетрясение 1934 года Бихар-Непал (M8.0) и землетрясение 2015 года Горха (M7.8). Регион густонаселён, и многие здания уязвимы, что делает Гималайский пояс одной из самых высоких зон сейсмического риска в мире.

Индонезия

Индонезия является частью Тихоокеанского огненного кольца и включает в себя многочисленные зоны субдукции, такие как впадина Сунда. Землетрясение в Индийском океане 2004 года (M9.1) разрушило массивный сегмент зоны субдукции Суматра, вызвав катастрофическое цунами. В этом регионе также происходит много глубоких землетрясений из-за субдукции индо-австралийской плиты под плитой Сунда. Индонезия является ярким примером сложной пограничной точки плиты.

Мониторинг и прогнозирование землетрясений в регионах горячих точек

Сейсмологические сети, включая глобальные и региональные массивы, непрерывно отслеживают очаги землетрясений. Современные сети используют сейсмометры, GPS и спутниковый радар с интерферометрической синтетической апертурой (InSAR) для обнаружения деформации земли. В то время как краткосрочное прогнозирование землетрясений остается неуловимым, возможно долгосрочное прогнозирование на основе тектонических моделей плит и интервалов исторических рецидивов. Например, карты сейсмической опасности, созданные такими агентствами, как Геологическая служба США и Европейско-средиземноморский сейсмологический центр , помогают планировщикам и инженерам смягчать риск. Системы раннего предупреждения, такие как в Японии, обеспечивают секунды до минут предупреждения после начала землетрясения, позволяя автоматически отключать поезда и заводы.

В регионах горячих точек понимание тектонической обстановки имеет решающее значение для развертывания приборов. Например, плотные массивы размещаются по обе стороны крупных разломов, а датчики морского дна размещаются вдоль зон субдукции для обнаружения событий медленного скольжения и возможных предшественников. Интеграция геологического картирования, палеосейсмологии (транширование для поиска древних доказательств землетрясений) и данных о движении плит уточняет предполагаемую величину и частоту будущих землетрясений. Глобальная система позиционирования (GPS) измеряет скорости плит с точностью до миллиметра, выявляя накопление деформации на заблокированных разломах.

Заключение

Распределение очагов землетрясений во всем мире тесно связано с динамикой тектоники плит. Большинство горячих точек происходят вдоль границ плит, с Тихоокеанским огненным кольцом, содержащим большую часть выбросов сейсмической энергии. Однако интраплейтные горячие точки существуют над мантийными шлейфами и могут генерировать значительную местную активность. Такие факторы, как пограничный тип, скорость плит, конвекция мантии и свойства коры, определяют точное местоположение и тяжесть сейсмичности. Понимание этих отношений позволяет ученым оценивать опасности, направлять планирование землепользования и улучшать устойчивость зданий в уязвимых районах. Поскольку тектоника плит продолжает управлять беспокойной поверхностью Земли, постоянный мониторинг и исследования остаются необходимыми для снижения потерь от землетрясений в человеческом обществе. Для дальнейшего чтения такие ресурсы, как Страница тектоники плит природы , , , и , предлагают всеобъемлющие данные и образование.