Triple junction - Triple junction

Konfiguraci solárního článku najdete v článku Multi-junction solar cell .
Nesmí být zaměňována s Triple point .
Nesmí být zaměňována s trojitým předělem .

Triple křižovatka je místo, kde jsou hranice tří tektonických desek setkat. Na trojité křižovatce bude každá ze tří hranic jedním ze 3 typů - hřeben (R), příkop (T) nebo porucha transformace (F) - a trojité křižovatky lze popsat podle typů okrajů desek, které se na nich setkávají (např. Transform-Transform-Trench, Ridge-Ridge-Ridge, nebo zkráceně FFT, RRR). Z mnoha možných typů trojných spojů je pouze několik stabilních v čase („stabilní“ v tomto kontextu znamená, že se geometrická konfigurace trojitého spojení v průběhu geologického času nezmění). Setkání 4 a více desek je také teoreticky možné, ale křižovatky budou existovat pouze okamžitě.

Hranice hlavní tektonické desky - hřeben (červený), příkop (zelený), transformace (černý) - a odpovídající trojité křižovatky (žluté tečky)

Dějiny

První vědecký dokument podrobně popisující koncept trojitého spojení publikovali v roce 1969 Dan McKenzie a W. Jason Morgan . Termín byl tradičně používán pro průsečík tří odlišných hranic nebo šíření hřebenů. Tyto tři rozdílné hranice se ideálně setkávají v téměř 120 ° úhlech.

V deskové tektonické teorii během rozpadu kontinentu se tvoří tři rozdílné hranice vyzařující z centrálního bodu (trojité spojení). Jedna z těchto odlišných hran desek selhává (viz aulakogen ) a další dvě se nadále šíří a tvoří oceán. Otevření jihu Atlantského oceánu začala na jihu Jižní Ameriky a Afriky kontinenty, dosahuje trojí křižovatku v současné Guinejského zálivu , odkud pokračuje na západ. NE-trendová Benue Trough je neúspěšným ramenem této křižovatky.

V následujících letech se termín triple-junction začal vztahovat na jakýkoli bod, kde se setkávají tři tektonické desky.

Výklad

Vlastnosti trojných křižovatek lze nejsnáze pochopit z čistě kinematického hlediska, kdy jsou desky pevné a pohybují se po povrchu Země. Žádné znalosti vnitřku Země ani geologické detaily kůry pak nejsou potřeba. Další užitečné zjednodušení je, že kinematika trojných křižovatek na ploché Zemi je v podstatě stejná jako kinematika na povrchu koule. Na kouli jsou pohyby desek popsány jako relativní rotace kolem Eulerových pólů (viz Rekonstrukce desky ) a z této rotace lze vypočítat relativní pohyb v každém bodě podél hranice desky. Ale oblast kolem trojité křižovatky je dostatečně malá (vzhledem k velikosti koule) a (obvykle) dostatečně daleko od rotačního pólu, takže relativní pohyb přes hranici lze předpokládat jako konstantní podél této hranice. Analýzu trojných křižovatek lze tedy obvykle provádět na rovném povrchu s pohyby definovanými vektory.

Stabilita

Lze popsat trojité křižovatky a vyhodnotit jejich stabilitu bez použití geologických podrobností, ale jednoduše definováním vlastností zahrnutých hřebenů , příkopů a transformačních chyb , provedením některých zjednodušujících předpokladů a použitím jednoduchých rychlostních výpočtů. Toto hodnocení lze zobecnit na většinu aktuálních nastavení trojitých křižovatek za předpokladu, že se předpoklady a definice široce vztahují na skutečnou Zemi.

Stabilní křižovatka je taková, ve které je geometrie křižovatky zachována s časem, jak se pohybují zapojené desky. To klade omezení na relativní rychlosti a orientaci hranic desky. Nestabilní trojité spojení se bude časem měnit, buď se stane jinou formou trojitého spojení (spoje RRF se snadno vyvinou na spojení FFR), změní geometrii nebo je prostě nelze provést (jako v případě spojení FFF).

Za předpokladu, že desky jsou tuhé a Země je sférická, lze použít teorém pohybu Leonarda Eulera o kouli ke snížení hodnocení stability na určení hranic a relativních pohybů interagujících desek. Pevný předpoklad platí velmi dobře v případě oceánské kůry a poloměr Země na rovníku a pólech se liší pouze faktorem zhruba jedné části z 300, takže se Země velmi dobře přibližuje ke kouli.

McKenzie a Morgan nejprve analyzovali stabilitu trojných křižovatek pomocí těchto předpokladů s dalším předpokladem, že Eulerovy póly popisující pohyby desek byly takové, že se přibližovaly přímočarému pohybu na plochém povrchu. Toto zjednodušení platí, když jsou Eulerovy póly vzdáleny od dotyčného trojitého spojení. Definice, které použili pro R, T a F, jsou následující:

  • R - struktury, které produkují litosféru symetricky a kolmo na relativní rychlost desek na obou stranách (to neplatí vždy, například v Adenském zálivu ).
  • T - struktury, které spotřebovávají litosféru pouze z jedné strany. Vektor relativní rychlosti může být šikmý k hranici desky.
  • F - aktivní poruchy rovnoběžné s vektorem skluzu.

Kritéria stability

Aby existovalo trojité spojení mezi deskami A, B a C, musí být splněna následující podmínka:

A v B + B v C + C v A = 0

kde A v B je relativní pohyb B vzhledem k A.

Tato podmínka může být reprezentováno v rychlosti prostoru vytvořením rychlostního trojúhelníku ABC, kde jsou úměrné rychlosti délky AB, BC a CA v B , B v C a C proti A , resp.

Aby stabilně existovala trojitá křižovatka, musí být splněny také další podmínky - desky se musí pohybovat tak, aby jejich jednotlivé geometrie zůstaly nezměněny. Alternativně se musí trojitý spoj pohybovat tak, aby zůstal na všech třech zahrnutých hranicích desky.

Tato kritéria mohou být znázorněna na stejných rychlostních prostorových diagramech následujícím způsobem. Čáry ab, bc a ca spojují body v rychlostním prostoru, což ponechá geometrii AB, BC a CA beze změny. Tyto čáry jsou stejné jako ty, které spojují body v rychlostním prostoru, ve kterých se pozorovatel může pohybovat danou rychlostí a stále zůstává na hranici desky. Když jsou tyto nakresleny do diagramu obsahujícího rychlostní trojúhelník, musí se tyto čáry setkat v jednom bodě, aby trojité spojení existovalo stabilně.

Tyto čáry jsou nutně rovnoběžné s hranicemi desky, aby zůstaly na hranicích desky a pozorovatel se musí buď pohybovat podél hranice desky, nebo na ní zůstat nehybný.

  • Pro hřeben musí být sestrojená čára kolmou úsečkou vektoru relativního pohybu, aby zůstal uprostřed hřebene, by se pozorovatel musel pohybovat poloviční relativní rychlostí desek na obou stranách, ale také by se mohl pohybovat v kolmém směru podél hranice desky.
  • Pro poruchu transformace musí být čára rovnoběžná s relativním vektorem pohybu, protože veškerý pohyb je rovnoběžný s hraničním směrem, a tak přímka ab musí ležet podél AB pro transformační poruchu oddělující desky A a B.
  • Aby mohl pozorovatel zůstat na hranici výkopu , musí kráčet po úderu příkopu, ale zůstat na vyčnívající desce. Z toho důvodu bude sestrojená čára ležet rovnoběžně s hranicí desky, ale procházet bodem v rychlostním prostoru obsazeném překrývající se deskou.

Bod, ve kterém se tyto čáry setkávají, J, udává celkový pohyb trojité křižovatky vzhledem k Zemi.

Pomocí těchto kritérií lze snadno ukázat, proč trojitá křižovatka FFF není stabilní: jediný případ, kdy se v bodě mohou setkat tři čáry ležící po stranách trojúhelníku, je triviální případ, ve kterém má trojúhelník délky stran nulové, odpovídající k nulovému relativnímu pohybu mezi deskami. Jelikož pro účely tohoto posouzení se požaduje, aby byly aktivní chyby, spojení FFF nemůže být nikdy stabilní.

Typy

McKenzie a Morgan zjistili, že teoreticky je možné 16 typů trojitých křižovatek, i když některé z nich jsou spekulativní a na Zemi nebyly nutně pozorovány. Tyto křižovatky byly klasifikovány za prvé podle typů setkání hranic desek - například RRR, TTR, RRT, FFT atd. - a za druhé podle relativních směrů pohybu příslušných desek . Některé konfigurace, jako je RRR, mohou mít pouze jednu sadu relativních pohybů, zatímco spojení TTT lze klasifikovat na TTT (a) a TTT (b). Tyto rozdíly ve směru pohybu ovlivňují kritéria stability.

McKenzie a Morgan tvrdili, že z těchto 14 bylo stabilních s nestabilními konfiguracemi FFF a RRF, nicméně York později ukázal, že konfigurace RRF může být za určitých podmínek stabilní.

Křižovatky Ridge-Ridge-Ridge

Mapa afarského trojúhelníku zobrazující východ Afriky a tři hřebeny procházející Rudým mořem, Adenským zálivem a Východoafrickým puklinovým údolím.
Mapa trojúhelníku Afar ve východní Africe, příklad křižovatky RRR a jediné trojité křižovatky na Zemi, které lze vidět nad hladinou moře.

Spojení RRR je při použití těchto definic vždy stabilní, a proto je na Zemi velmi běžné, ačkoli v geologickém smyslu je šíření hřebene obvykle přerušeno v jednom směru a opouští neúspěšnou trhlinu . Existuje mnoho těchto příkladů, které jsou přítomny jak v současnosti, tak v geologické minulosti, jako například jižní atlantický otvor s hřebeny šířícími se na sever a jih k vytvoření středoatlantického hřbetu a související aulakogen v africké deltě Nigeru . Spoje RRR jsou také běžné, protože loupení po třech zlomeninách na 120 ° je nejlepší způsob, jak zmírnit napětí ze zvedání na povrchu koule; na Zemi se předpokládá, že podobná napětí jsou způsobena horkými místy pláště, o nichž se předpokládá, že zahájí rifting na kontinentech.

Stabilita spojů RRR je ukázána níže - protože kolmé půlenky stran trojúhelníku se vždy setkávají v jednom bodě, přímky ab, bc a ca lze vždy vytvořit tak, aby se setkaly bez ohledu na relativní rychlosti.

Křižovatky Ridge-Trench-Fault

Křižovatky RTF jsou méně časté, předpokládá se, že nestabilní křižovatka tohoto typu (RTF (a)) existovala zhruba na 12 Ma v ústí Kalifornského zálivu, kde se v současnosti East Pacific Rise setkává se zónou San Andreas Fault . Mikroplatnice Guadeloupe a Fallaron byly dříve subdukovány pod severoamerickou desku a severní konec této hranice se setkal se zlomem San Andreas . Materiál pro toto subdukce byl poskytnut hřebenem ekvivalentním modernímu East Pacific Rise mírně posunutým na západ od příkopu. Když byl samotný hřeben subdukován, na okamžik existovala trojitá křižovatka RTF, ale subdukce hřebene způsobila oslabení a „roztržení“ subdukované litosféry z bodu trojité křižovatky. Ztráta tahu desky způsobená odtržením této litosféry ukončila křižovatku RTF, čímž vznikl současný systém hřebene - poruchy. RTF (a) je stabilní, pokud ab prochází bodem v rychlostním prostoru C, nebo pokud ac a bc jsou kolineární.

Spoje příkop-příkop-příkop

Křižovatku TTT (a) lze nalézt ve středním Japonsku, kde euroasijská deska má přednost před filipínskou a tichomořskou deskou , přičemž filipínská deska má také přednost před Pacifikem. Zde se Japonský příkop účinně větví a tvoří oblouky Ryukyu a Bonia . Kritéria stability pro tento typ křižovatky jsou buď ab a ac tvoří přímku, nebo že přímka bc je rovnoběžná s CA.

Příklady

The Nootka Fault at the triple junction of the North American Plate , the Explorer Plate , and a Juan de Fuca

Viz také

  • Šíření  mořského dna-proces šíření mořského dna na středooceánských hřebenech, kde se díky sopečné činnosti vytváří nová oceánská kůra a poté se postupně vzdaluje od hřebene

Reference

  • Oreskes, Naomi, ed., 2003, Plate Tectonics: Insider's History of the Modern Theory of the Earth , Westview Press, ISBN  0-8133-4132-9