Plochá subdukce - Flat slab subduction

Plochá subdukce je charakterizována nízkým subdukčním úhlem (<30 stupňů k horizontále) za seismogenní vrstvou a obnovením normální subdukce daleko od výkopu . Deska označuje spodní subduktující desku . Někteří by však charakterizovali subdukci plochých desek jako jakoukoli mělce namáčenou spodní desku jako v západním Mexiku . Subdukce plochých desek je spojena s odštípnutím z astenosféry , vnitrozemskou migrací obloukového magmatismu (magmatický pohyb ) a případným zastavením obloukového magmatismu . Spojení ploché desky s horní deskou se považuje za způsob, jak změnit styl deformace, ke které dochází na povrchu horní desky, a vytvářet zdvihy s výplní v suterénu, jako jsou Skalnaté hory . Plochá deska může také hydratovat spodní kontinentální litosféru a podílet se na tvorbě ekonomicky důležitých rudních ložisek. Během subdukce může být samotná plochá deska deformována nebo vybočena, což způsobí sedimentární přestávku v mořských sedimentech na desce. Selhání ploché desky je spojeno s ignimbritickým vulkanismem a obrácenou migrací obloukového vulkanismu. Několik pracovních hypotéz o příčině plochých desek je subdukce tlusté, vznášející se oceánské kůry (15–20 km) a vrácení příkopu doprovázející rychle převažující horní desku a vylepšené sání příkopu. Západní pobřeží Jižní Ameriky má dvě z největších subdukčních zón plochých desek. Plochá subdukce se vyskytuje u 10% subdukčních zón.

Historie myšlenky

Myšlenka má své počátky na konci 70. let. Zdálo se, že seismické studie andského okraje ukazují zónu subhorizontální spodní desky v hloubce 100 km. Debata mezi Cornell-Carnigie mezi geofyziky Cornell University a pracovníky z Carnegie Institute ve Washingtonu se soustředila na to, zda by místní nasazení seismometrů přineslo lepší výsledky než pohled na globální (teleseismická) data. Zdálo se, že Carnegie Institution zvítězil den s místním nasazením zobrazujícím plochou desku, kde teleseismická data argumentovala pro mělkou ponořenou desku bez téměř vodorovné zóny. Myšlenka byla přijata k vysvětlení Laramidové vrásnění , protože subdukční zóny ploché desky na andském okraji jsou spojeny s větší vnitřní deformací povrchu a magmatickými mezerami . Subdukce plochých desek je aktivní oblastí výzkumu; na kauzální mechanismy jejího vzniku nebyly vyřešeny.

Příčinné mechanismy a důsledky subdukce plochých desek

Příčinné mechanismy

Existuje několik pracovních hypotéz pro zahájení subdukce ploché desky. Zdá se, že v tuto chvíli je příznivá hřebenová hypotéza upřednostňována.

Subdukce plovoucí oceánské kůry

Subduction batymetrická výšek, jako aseismic hřebeny , oceánských plošin a podmořské hory již navrhl jako primární řidič ploché desky subduction. Andské ploché subdukční zóny, peruánská deska a pampejská (chilská) plochá deska , jsou prostorově korelované se subdukcí batymetrických výšek, Nazca Ridge a Juan Fernandéz Ridge . Silná, vznášející se oceánská kůra snižuje hustotu desky a deska se po ponoření do mělké hloubky (~ 100 km) v důsledku zmenšeného kontrastu hustoty nedokáže ponořit do pláště . To podporuje skutečnost, že všechny desky pod ~ 50 Ma. Existují však případy, kdy aseismické hřebeny ve stejném měřítku jako Nazca Ridge normálně podstupují, a případy, kdy ploché desky nejsou spojeny s batymetrickými výškami. V západním Pacifiku existuje několik plochých desek v oblastech spojených se subdukcí batymetrických výšek. Geodynamické modelování zpochybnilo, zda samotná vztlaková oceánská kůra může generovat subdukci ploché desky.

Klopný pohyb převažující desky s kratonickým kýlem

Dalším vysvětlením zploštění desky je boční pohyb převažující desky ve směru opačném ke směru klesající desky. Převažující deska je často vybavena kratonickým kýlem silné kontinentální litosféry, která, je-li dostatečně blízko příkopu, může narážet na tok v klínovém plášti . Do tohoto kauzálního mechanismu je zahrnuto sání příkopu. Sání příkopu je indukováno tokem astenosféry v oblasti klínového pláště; příkopové sání se zvyšuje s rychlostí subdukce , snížením tloušťky klínového pláště nebo zvýšením viskozity klínového pláště . Ústup příkopu je pohyb příkopu ve směru opačném ke konvergenci desek, o kterém se předpokládá, že souvisí s polohou příkopu podél větší subdukční zóny s ústupem blízko okrajů subdukčních zón. Modelové experimenty ukázaly, že pokud je cratonická litosféra silná a příkop ustoupí, vypnutí klínu pláště zvyšuje sání příkopu do té míry, že se deska zploští.

Důsledky

Zpoždění eklogitizace

Eklogit je hustá (3,5 g / cm3) granátová hornina, která se tvoří, když oceánská kůra přechází do zón vysokého tlaku a teploty. Reakce, která tvoří eklogit, dehydratuje desku a hydratuje výše uvedený klín pláště. Nyní hustší deska účinněji klesá. Zpoždění eklogitizace by mohlo nastat subdukcí oceánské litosféry o síle zóny bez hlubokých poruch. Oceánská kůra je za normálních okolností porušena při zvedání příkopu ohýbáním desky, jak se subduktuje. Může to být účinek nebo příčina subdukce ploché desky, ale zdá se, že je to spíše účinek. Obnovení normálního ponoření subdukce za část ploché desky je spojeno s eklogitovou reakcí a časový limit subdukce ploché desky může omezit doba potřebná k akumulaci dostatečného množství eklogitu pro to, aby se deska začala potápět.

Magmatické mezery a adakitický vulkanismus

Jak se subduktivní deska zplošťuje, dochází k vnitřní migraci v magmatickém oblouku, kterou lze sledovat. V oblasti chilské ploché desky (~ 31–32 stupňů S), kolem 7–5 Ma, došlo k migraci na východ, rozšíření a postupnému odstavení vulkanického oblouku spojeného se zploštěním desky. K tomu dochází, protože předchozí poloha magmatického oblouku na horní desce (100–150 km nad subduktující deskou) již není vyrovnána se zónou částečného tavení nad zplošťovací deskou. Magmatický oblouk migruje na nové místo, které se shoduje se zónou částečného tavení nad zplošťovací deskou. Magmatismus před orogeny Laramid migroval až do západní Jižní Dakoty. Nakonec magmatická aktivita nad plochou deskou může úplně přestat, protože subduktující deska a horní deska svírá klín pláště. Při poruše ploché desky může klín pláště znovu začít cirkulovat horkou astenosféru (1300 stupňů C) v oblasti, která byla silně hydratována, ale která neprodukovala žádnou taveninu; to vede k rozsáhlému ignimbritickému vulkanismu, který je patrný jak v andských plochách ovlivněných oblastech, tak v západních Spojených státech.

Adakity jsou dacitická a andezitová magma, která jsou vysoce ochuzena o těžké prvky vzácných zemin a vysoké poměry stroncia / yttria a mohou pocházet z tání oceánské kůry. Předpokládá se, že adakity vybuchnou nebo budou umístěny během přechodu od normálně ponořující subdukce k ploché subdukci, jak se magmatický oblouk rozšiřuje a migruje více do vnitrozemí. Adakitické horniny lze vidět v moderním Ekvádoru , možné počáteční zóně plochých desek, a ve středním Chile jsou 10-5 Ma adakitické horniny. Adakitické horniny by tedy mohly být použity jako marker minulých epizod subdukce ploché desky.

Povrchová deformace

Viz také: Andské předpodrobí

Předpokládá se, že ploché desky vedou k zónám široké, difúzní deformace v horní desce umístěné daleko směrem k zemi od příkopu. Subdukce plochých desek je spojena s pozvednutím suterénu, také známým jako „tlustá“ deformace převažující desky, jako je Sierra Pampeanas v Jižní Americe, možná spojená s subdukcí Juan Fernandéz Ridge . Tyto oblasti pozvednutí suterénu jsou vizuálně korelovány s subdukčními zónami plochých desek. Naproti tomu „tenkostěnná“ deformace je normální režim deformace horní desky a nezahrnuje sklepní kámen. Je pozorováno zkrácení kůry, které se rozprostírá dále do vnitrozemí než v normálně ponořených subdukčních zónách; pohoří Sierra Pampeanas je více než 650 km východně od osy příkopu. Ploché desky byly použity jako vysvětlení pro Laramidovou vrásnění a centrální oblast Altiplano-Puna . Další zajímavou vlastností, která může být spojena s plochou deskovou subdukcí hřebene Nazca, je oblouk Fitzcarrald nacházející se v Amazonské pánvi . Fitzcarraldův oblouk je lineární topografický útvar s dlouhou vlnovou délkou, který sahá od východního Peru do západní Brazílie za subandským vpřed do nedeformované oblasti a stoupá kolem 600 m nm. Oblouk Fitzcarrald má za následek rozdělení amazonské pánve na tři dílčí bazény: povodí severní amazonské předpolí, povodí jižní amazonské předpolí a povodí východní amazonské předpolí.

Seismicita

Tvar ploché desky je omezen zemětřesením uvnitř subduktující desky a rozhraní mezi horní deskou a subduktující deskou. Zóny plochých desek podél andského okraje uvolňují 3–5krát více energie prostřednictvím zemětřesení na horní desce než sousední, strměji klesající subdukční zóny. Ohniskové mechanismy zemětřesení na horní desce naznačují, že napětí je vyrovnáno rovnoběžně s pohybem desky a že napětí je přenášeno vysoko do horní desky ze spodní části. Důvodem této zvýšené seismicity je účinnější spojení horní a dolní desky. V normálních subdukčních zónách je vazební rozhraní, oblast, ve které jsou dvě desky v těsné blízkosti, mezi dvěma deskami, dlouhé ~ 100–200 km, ale v subdukčních zónách s plochou deskou je vazební rozhraní mnohem delší, 400–500 km. Ačkoli se spodní litosféra svršku plasticky deformuje, numerické modelování ukázalo, že napětí lze přenášet do oblastí kůry, které se chovají křehkým způsobem. Podél subduduční desky je seismicita variabilnější, zejména zemětřesení v střední hloubce. Variabilitu lze řídit tloušťkou kůry a tím, jak účinně může uvolňovat vodu. Silná kůra, která není tak hluboce rozbitá příkopem, že se vyskytne normální porucha, se nemusí dostatečně rychle dehydratovat, aby vyvolala zemětřesení v hloubce. Peruánská plochá deska postrádá významná střední hloubka zemětřesení a je spojena se subdukcí ~ 17 km silného Nazca Ridge.

Andské ploché desky

Na konci sedmdesátých let poznal raný výzkum jedinečnou povahu dvou velkých subdukčních zón plochých desek podél andského okraje Jižní Ameriky. Dva velké a jeden menší aktuální subdukční segmenty ploché desky existují podél andského okraje: peruánský, pampejský a bucaramanga . Jsou známy také tři kenozoické ploché segmenty: Altiplano, Puna a Payenia.

Peruánská plochá deska se nachází mezi zálivem Guayaquil (5 stupňů S) a Arequipa (14 stupňů S) a táhne se ~ 1500 km podél stávky subdukční zóny. Peruánská plochá deska je největší na světě a rozprostírá se od osy příkopu přibližně 700 km směrem dovnitř. Subdukční deska začíná při 30 ° poklesu, poté se zplošťuje v hloubce 100 km pod východní oblastí Cordillera a Subandean. Segment vizuálně koreluje se subdukcí hřebene Nazca, aseismického hřebene se zesílenou kůrou. Druhá nejvyšší zóna v Andách , Cordillera Blanca , je spojena s peruánským plochým segmentem a zvedáním bloků suterénních jader. Vulkanismus v této oblasti přestal v pozdním miocénu (11–5 Ma). Rekonstrukce desek načasují kolizi hřebene Nazca s subdukční zónou 11,2 Ma při 11 stupních S, což znamená, že severní rozsah peruánské ploché desky může vyžadovat další subduktovaný útvar, jako je oceánská plošina. Předpokládalo se, že jde o předpokládanou subdukovanou náhorní plošinu.

Pampejský nebo chilský plochý segment se nachází mezi 27 stupni S a 33 stupni S a táhne se ~ 550 km podél stávky subdukční zóny. Pampská plochá deska se podobně táhne ~ 700 km dovnitř od osy příkopu. Segment vizuálně koreluje s hřebenem Juan Fernandez Ridge a nejvyšším vrcholem And, nevulkanickým Aconcaguou (6961 m). Tato oblast prošla stejnou „tlustou kůží“ deformací, která vedla k vrcholkům vysokých hor.

Segment Bucaramanga byl rozpoznán počátkem osmdesátých let z omezených seismologických důkazů. Úsek obklopuje 6 až 9 stupňů severní šířky v Kolumbii a rozprostírá se kolem 350 km podél stávky subdukční zóny.

Ostatní ploché desky

Existuje několik dalších plochých segmentů, které vyžadují zmínku:

Ekonomická geologie

Subduction husté oceánské kůry by mohl být spojen s metallogenesis z mědi a zlata vklady. 10 největších mladých (<18 Ma) ložisek zlata v Jižní Americe je spojeno s plochými segmenty. Zvýšená metallogeneze může být způsobena zastavením magmatismu v oblouku, který umožňuje zachování těkavých látek bohatých na síru . Selhání předpokládané ploché desky pod západní Severní Amerikou mohlo být životně důležité při výrobě zlatých ložisek typu Carlin .

Raná subdukce Země

Plášť rané Země byl teplejší a bylo navrženo, aby dominantní styl byla subdukce plochých desek. Počítačové modelování ukázalo, že zvýšení vztlaku oceánské desky spojené se zvýšenou produkcí oceánské kůry by bylo vyváženo sníženou viskozitou pláště, takže subdukce plochých desek by nebyla dominantní nebo neexistující.

Reference