Zinātnieki ieguvuši neparasti detalizētu priekšstatu par lielu tektonisku sistēmu zem Klusā okeāna ziemeļrietumu daļas, kas sāk sadalīties. Pētījums, par kuru ziņots žurnālā Science Advances, liecina, ka subdukcijas zona — vieta, kur viena tektoniskā plātne tiek spiesta zem citas un nogrimst dziļi Zemes dzīlēs — aktīvi sadalās atsevišķos gabalos.

Subdukcijas zonas ir atbildīgas par dažām pasaulē spēcīgākajām zemestrīcēm, jaudīgiem vulkānu izvirdumiem un ilgtermiņa pārmaiņām kontinentu un okeāna baseinu veidolā. Tomēr līdz šim pētniekiem bija maz iespēju skaidri novērot, kā šādas milzīgas sistēmas nonāk savas pastāvēšanas beigās.

Subdukcija ir viens no galvenajiem procesiem, kas nepārtraukti pārveido Zemes virsmu. Okeāniskajai plātnei nogrimstot zem citas plātnes, garozas materiāls tiek aiznests lejup mantijas — karstā slāņa zem Zemes garozas — virzienā. Šādas sistēmas var saglabāties aktīvas miljoniem gadu, taču tās nevar turpināties bezgalīgi. Pretējā gadījumā kontinenti ar laiku sastumtos cits citā, okeāni izzustu un liela daļa Zemes ģeoloģiskās vēstures tiktu izdzēsta.

Tāpēc ģeologiem jau ilgi bijis būtisks jautājums: kas īsti izraisa nobriedušas subdukcijas zonas apstāšanos?

“Sākt subdukciju ir kā mēģināt stumt vilcienu kalnā — tas prasa milzīgu piepūli,” sacīja pētījuma vadošais autors, Luiziānas štata universitātes ģeologs Brendons Šaks. “Taču, kad tā sāk kustēties, tas ir kā vilciens, kas traucas lejup un kuru nav iespējams apturēt. Lai to izbeigtu, vajadzīgs kaut kas dramatisks — būtībā vilciena avārija.”

Tagad zinātnieki, iespējams, vēro šī procesa norisi zem Kaskādijas.

Plātne zem Kaskādijas sadalās

Pie Vankūveras salas Huana de Fukas un Ekspolorera plātnes lēnām tiek spiestas zem Ziemeļamerikas plātnes. Šī teritorija ir daļa no Kaskādijas subdukcijas zonas — plašas tektoniskās robežas, kas stiepjas gar Klusā okeāna ziemeļrietumu piekrasti.

Pētnieki apvienoja detalizētus zemestrīču ierakstus ar seismiskās refleksijas attēlveidošanu, lai ieskatītos dziļi zem jūras dibena. Šī metode zināmā mērā līdzinās medicīniskajai ultrasonogrāfijai: zinātnieki ievada Zemes dzīlēs skaņas viļņus un mēra, kā tie atstarojas no dažādām pazemes struktūrām.

Seismiskie mērījumi iegūti NSF finansētajā 2021. gada Kaskādijas seismiskās attēlveidošanas eksperimentā CASIE21. Tā laikā uz pētniecības kuģa esošā komanda raidīja skaņas viļņus okeāna dibenā. Atgriezušos signālus reģistrēja 15 kilometrus garš kabelis jeb streamer ar zemūdens klausīšanās instrumentiem.

Analizējot šīs atbalsis, zinātnieki izveidoja detalizētus attēlus ar zem jūras dibena paslēptajām struktūrām. Iegūtais rezultāts bija pārsteidzošs: grimstošo plātni šķērso lieli lūzumi un plaisas, turklāt atsevišķās vietās plātne, šķiet, aktīvi pārplīst.

“Šī ir pirmā reize, kad mums ir skaidrs attēls ar subdukcijas zonu, kas pieķerta pašā savas pastāvēšanas izbeigšanas procesā,” sacīja Šaks. “Tā neizslēdzas vienā reizē. Plātne plīst gabalu pēc gabala, veidojot mazākas mikroplātnes un jaunas robežas. Tāpēc tas drīzāk atgādina vilcienu, kas lēnām noskrien no sliedēm, vagonam pēc vagona, nevis vienu lielu avāriju.”

Pētnieki identificēja vairākus plīsumus, kas šķērso okeānisko plātni. Viena no īpaši iespaidīgām struktūrām ir milzīgs nobīdes posms, kurā daļa plātnes ir noslīdējusi aptuveni piecus kilometrus.

“Tur ir ļoti liels lūzums, kas aktīvi pārrauj plātni,” paskaidroja Šaks. “Tā vēl nav atdalījusies par 100%, bet ir tuvu tam.”

Vēl viena norāde par notiekošo ir zemestrīču aktivitāte. Gar aptuveni 75 kilometrus garu plīsumu dažas tā daļas joprojām izraisa zemestrīces, kamēr citas kļuvušas neparasti klusas. Šī atšķirība ir būtiska, jo zemestrīces rodas, kad savstarpēji savienoti iežu bloki uzkrāj spriegumu un pēkšņi nobīdās.

“Kad gabals ir pilnībā atdalījies, tas vairs nerada zemestrīces, jo ieži vairs nav savstarpēji sasaistīti,” sacīja Šaks.

Tādēļ zemestrīču neesamība kādā plīsuma daļā liecina, ka šis plātnes posms jau varētu būt atdalījies. Pēc pētnieku domām, atdalītā zona pakāpeniski paplašinās.

Subdukcijas zona, visticamāk, neizbeidzas vienā milzīgā notikumā, bet gan vairāku mazāku pārrāvumu virknē. Pētnieki šo procesu raksturo kā epizodisku jeb pakāpenisku izbeigšanos: atsevišķi posmi atdalās dažādos laikos, lēnām izjaucot lielāko tektonisko sistēmu.

Svarīga nozīme ir transformajām robežām — lūzumiem, gar kuriem Zemes garozas posmi slīd sāniski cits gar citu. Šajā situācijā tās var darboties gandrīz kā ģeoloģiskas šķēres, pārgriežot plātni un palīdzot izolēt atsevišķus fragmentus.

Kad kāds gabals ir atdalījies, tas var izveidot mikroplātni. Tā būtībā ir mazāka Zemes stingrā ārējā apvalka daļa, kas zināmā mērā pārvietojas neatkarīgi no lielajām tektoniskajām plātnēm, kuras to ieskauj.

Tikmēr blakus esošie lielākās plātnes posmi var turpināt grimt. Atšķeļoties arvien jauniem gabaliem, atlikusī plātne zaudē daļu lejupvērstā spēka, kas uztur subdukciju. Šaks šo procesu salīdzina ar vagonu noņemšanu no nekontrolējami traucoša vilciena. Beigās sistēmā vairs nav pietiekami daudz atlikušā materiāla, lai tā turpinātu darboties tāpat kā iepriekš.

Katras atsevišķās daļas sadalīšanās var ilgt vairākus miljonus gadu. Kopumā šādas epizodes tomēr var novest pie visas subdukcijas zonas izbeigšanās.

Seni tektoniskie noslēpumi kļūst saprotamāki

Atklājums var palīdzēt izskaidrot ģeoloģiskas mīklas arī citviet pasaulē. Zinātnieki ir atraduši pamestas plātņu atliekas un neparastas vulkānisko iežu secības, kas, šķiet, dokumentē seno subdukcijas sistēmu pēdējos posmus. Līdz šim pētniekiem bija pierādījumi, ka šīs sistēmas ir sadalījušās, taču daudz mazāk tiešas informācijas par to, kā tieši šis process norisinājies.

Viens būtisks piemērs atrodas pie Kalifornijas Baja pussalas. Tur ģeologi identificējuši fosilas mikroplātnes, ko atstājusi Faralona plātne — milzīga sena okeāniskā plātne, kas savulaik klāja lielu daļu Klusā okeāna austrumu reģiona.

Šie fragmenti jau sen liecināja, ka Faralona plātne nepazuda vienā notikumā. Kaskādijā veiktie novērojumi tagad piedāvā iespējamu skaidrojumu tam, kā veidojas šādas atliekas. Mirstoša subdukcijas zona, iespējams, nevis sabrūk uzreiz, bet pamazām atrisinās un atstāj aiz sevis mazākus plātņu fragmentus, kas izkaisīti kā ģeoloģiskas liecības.

Plātņu plīsumi var mainīt vulkānisko aktivitāti

Plātnes sadalīšanās var mainīt arī procesus dziļāk zem Zemes virsmas. Kad grimstošas plātnes gabals atdalās, var izveidoties atvērums, ko sauc par “slab window” jeb plātnes logu. Pa šo spraugu karstāks materiāls no mantijas var pacelties tuvāk virsmai.

Šī materiāla pacelšanās var mainīt magmas veidošanos un potenciāli veicināt vulkāniskās aktivitātes epizodes. Plīsumam turpinoties, tektoniskās robežas var pārvietoties, var izveidoties papildu mikroplātnes, un dažādas subdukcijas sistēmas daļas var izslēgties atšķirīgos laikos.

“Tā ir progresējoša sairšana, viena epizode pēc otras,” sacīja Šaks. “Un tas ļoti labi sakrīt ar to, ko redzam ģeoloģiskajā ierakstā, kur vulkāniskie ieži kļūst jaunāki vai vecāki secībā, kas atspoguļo šo pakāpenisko plīšanu.”

Saikne starp mūsdienu novērojumiem un senajiem iežiem pētniekiem sniedz jaunu iespēju interpretēt sen izzudušo plātņu robežu atliekas.

Atklājums rada arī būtisku jautājumu Klusā okeāna ziemeļrietumu reģionam: vai tikko identificētie plīsumi var ietekmēt nākotnes zemestrīces? Pētnieki vēlas noskaidrot, vai liela zemestrīce spētu turpināties pāri kādam no šiem pārtraukumiem vai arī bojātie plātnes posmi mainītu plīsuma trajektoriju.

Plīsums šajā kontekstā ir strauja kustība gar lūzumu, kas izraisa zemestrīci. Attālums, ko tas veic, un struktūras, kurām tas ceļā sastopas, var būtiski ietekmēt zemestrīces lielumu un norises raksturu.

Pagaidām pētnieki uzsver, ka atklājums būtiski nemaina Kaskādijas zemestrīču apdraudējumu cilvēka dzīves mērogā. Reģions joprojām spēj radīt ārkārtīgi spēcīgas zemestrīces un cunami. Zem okeāna novērotā plātnes sadalīšanās norisinās miljoniem gadu, nevis desmitgadēs vai gadsimtos.

Tomēr šo jaunatklāto struktūru iekļaušana zemestrīču modeļos nākotnē varētu uzlabot zinātnieku izpratni par to, kā varētu izplatīties nākamie zemestrīču plīsumi.

Ģeologiem Kaskādija piedāvā vēl retāku iespēju — vērot, kā viena no Zemes lielajām tektoniskajām sistēmām lēnām izjauc pati sevi, gabalu pēc gabala.