Крупные мегазоны сдвига в холодных углах мантии под фацией лосонит‑блюшиста

Почему важны глубокие землетрясения

Большинство людей представляют землетрясения как разрывы в земной коре, происходящие неглубоко под нашими ногами. Но некоторые из самых мощных событий на планете на самом деле распространяются по горным породам более чем на 30 миль в глубину, где температуры и давления экстремальны. В этой статье рассматривается, почему необычно крупные землетрясения могут происходить так глубоко в некоторых зонах субдукции — где одна тектоническая плита погружается под другую — и показывается, что определённый тип преобразованных морских осадков может быть ключевым фактором.

Где крупные землетрясения обычно останавливаются

В многих хорошо изученных зонах субдукции, например у берегов Японии или в Тихоокеанском северо‑западном регионе, крупные «мегазоны сдвига» обычно проявляют себя лишь до некоторой глубины. Ниже примерно 350 °C или вблизи границы между корой и мантией горные породы, как правило, деформируются слишком плавно, чтобы породить крупные разрывы. Вместо внезапных разрывов они медленно ползут или вызывают слабые, гудящие события, называемые медленными сдвигами и тремором. Это ограничение по глубине формирует представления учёных о размерах будущих землетрясений и цунами.

Загадка в холодных зонах субдукции

Тем не менее несколько недавних землетрясений оспаривают это правило. Землетрясение 2021 года магнитудой 8.1 у Кермадеков и глубокие события около магнитуды 7 под северным Чили и Японским желобом разорвали разлом гораздо глубже обычной точки остановки, внутри области, называемой углом мантии (mantle wedge corner). Эти участки расположены там, где погружающаяся плита сгибается под накрывающей мантией, в относительно холодных зонах субдукции, где породы превращаются в низкотемпературные «блюшистые» типы. Частые глубокие землетрясения в этих местах указывают на то, что при подходящих условиях части глубокого интерфейса плит могут вести себя неожиданно хрупко и благоприятствовать возникновению землетрясений.

Более внимательный взгляд на преобразованные донные осадки

Чтобы изучить такое поведение, авторы протестировали породу под названием метагрейвэкка — распространённый тип подводных осадков, сжатых и прогретых до состояния фации лосонит‑блюшиста. Они взяли образец с острова Санта‑Каталина в Калифорнии, где древняя субдукция вывела подобные породы на поверхность. Микроскопический анализ показал смесь кварца, полевого шпата и обломков, богатых минералами такими как лосонит, хлорит и амфибол, что соответствует условиям примерно 330 °C и глубинам около 37 километров в холодной зоне субдукции. Это делает образец реалистичной имитацией материала, который сейчас уносится вниз в современных холодных плитах, таких как у Кермадеков и Японского желоба.

Как порода разрушается под нагрузкой

В лаборатории команда измельчила метагрейвэкку в мелкий порошок, поместила его между брусками более прочной породы и сдвигала при контролируемой температуре, давлении и влажности. Внезапно изменяя скорость скольжения и отслеживая, как меняется сопротивление, они могли определить, когда материал склонен к плавному скольжению, а когда становится неустойчивым — важнейшее условие для землетрясений. При низких температурах материал в основном укреплялся при увеличении скорости скольжения, что является признаком стабильного поведения. По мере повышения температуры в диапазон лосонит‑блюшиста при умеренных нормальных напряжениях он переходил в режим «ослабления при увеличении скорости» (velocity‑weakening), при котором более быстрое скольжение снижает сопротивление и способствует неконтролируемому сдвигу. При ещё более высоких давлениях и температурах материал начинал вести себя более пластично, что уменьшало его склонность к хрупким разрывам.

Связь лабораторных данных с реальными разломами

Используя эти измерения, авторы разработали трениемодель, которая описывает отклик этой осадочной породы в широком диапазоне глубин, температур и скоростей скольжения. Затем они применили модель к реалистичным профилям температуры и давления для зоны субдукции Кермадеков и Японского желоба. Расчёты показывают, что вдоль интерфейса плит, где присутствуют метasedimentary породы с лосонитом, широкая полоса глубин остаётся в неустойчивом режиме ослабления при увеличении скорости даже ниже границы кора‑мантия. Численные моделирования цикла землетрясений с учётом поведения этой породы дают повторяющиеся глубокие разрывы с размерами и глубинами, сопоставимыми с наблюдаемыми событиями в Японии и Кермадек — это подразумевает, что такие породы действительно могут быть источником крупных мегазон сдвига в углу мантии.

Что это означает для оценки сейсмического риска

Для неспециалистов ключевое послание состоит в том, что предел глубины крупных субдукционных землетрясений не фиксируется исключительно температурой или переходом в мантию. Он также сильно зависит от того, какие породы выстилают пограничную поверхность плит и как эти породы были изменены в процессе субдукции. В холодных зонах, где метasediments, богатые лосонитом, формируют непрерывный слой вдоль интерфейса, условия благоприятствуют хрупкому, неустойчивому скольжению на гораздо большем диапазоне глубин, чем считалось ранее. Это означает, что некоторые желоба способны порождать неожиданно глубокие и мощные землетрясения, и что понимание типов пород, зарытых вдоль границ плит, имеет решающее значение для более точной оценки сейсмической опасности.

Цитирование: Zhang, H., Barbot, S., Yang, Z. et al. Large megathrust earthquakes in cold mantle wedge corners under lawsonite blueschist facies. Nat Commun 17, 4007 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70315-4

Ключевые слова: субдукционный мегазон сдвига, глубокие землетрясения, лосонит‑блюшист, мантия клин, трение по разлому