Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên phát hiện ra một đới hút chìm đang trong quá trình phân mảnh dưới đáy đại dương. Mảng Juan de Fuca dần dần tan rã khi nó chìm xuống bên dưới Bắc Mỹ, thay vì sụp đổ ngay lập tức. Phát hiện này được công bố trên tạp chí Science Advances, cung cấp bằng chứng chưa từng có về cách các hệ thống địa chất khổng lồ này phát triển và có thể cải thiện sự hiểu biết của các nhà khoa học về hành vi động đất ở Tây Bắc Thái Bình Dương.
Các nhóm nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh phản xạ địa chấn tiên tiến kết hợp với dữ liệu động đất để phát hiện sự phân mảnh đang hoạt động của mảng kiến tạo. Dữ liệu đến từ Thí nghiệm chụp ảnh địa chấn Cascadia năm 2021 (CASIE21), được thực hiện trên tàu Marcus G. Langseth. Các nhà nghiên cứu tại Trường Khí hậu của Đại học Columbia, bao gồm Suzanne Carbotte và Anne Bécel, đã gửi sóng âm thanh xuống đáy biển bằng cách sử dụng mạng lưới cảm biến dưới nước dài 15 km.
Tại sao các đới hút chìm bị vô hiệu hóa
Các đới hút chìm di chuyển các lục địa, gây ra các trận động đất lớn, gây ra các vụ phun trào núi lửa và kéo lớp vỏ Trái đất cổ xưa vào sâu trong lớp phủ. Tuy nhiên, các hệ thống này không tồn tại vô thời hạn. Nếu họ tiếp tục, các lục địa sẽ tích tụ lại, các đại dương sẽ biến mất và phần lớn lịch sử địa chất sẽ bị xóa bỏ. Các nhà khoa học đã tự hỏi trong nhiều thập kỷ điều gì khiến các quá trình này ngừng hoạt động.
Brandon Shuck, trợ lý giáo sư tại Đại học bang Louisiana và là tác giả chính của nghiên cứu, đã so sánh hiện tượng này với một đoàn tàu đang di chuyển. Việc bắt đầu một vùng hút chìm đòi hỏi nỗ lực to lớn, tương tự như việc đẩy một đoàn tàu lên đồi. Tuy nhiên, khi đã chuyển động, nó hoạt động giống như một đoàn tàu đang lao xuống với tốc độ tối đa, không thể dừng lại. Shuck đã thực hiện nghiên cứu với tư cách là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đài quan sát Trái đất Lamont-Doherty của Đại học Columbia.
Sự phân mảnh dần dần dưới Cascadia
Câu trả lời đang xuất hiện ngoài khơi đảo Vancouver ở vùng Cascadia. Ở đó, mảng Juan de Fuca và Explorer từ từ trượt bên dưới mảng Bắc Mỹ. Sử dụng các kỹ thuật hình ảnh tiên tiến và dữ liệu địa chấn, các nhà khoa học quan sát thấy khu vực này bắt đầu bị tách ra một cách tích cực. Cái đĩa không chỉ chìm xuống; nó bị phá vỡ trong một quá trình liên tục.
Hình ảnh địa chấn hoạt động giống như siêu âm bên trong Trái đất. Họ tiết lộ các phần của mảng kiến tạo bị phân mảnh và tạo ra các cấu trúc phức tạp ở độ sâu lớn. Các nhà nghiên cứu đã xác định được một số vết nứt lớn, bao gồm một vết nứt lớn khiến mảng kiến tạo bị chìm khoảng ba dặm.
Các đặc điểm chính của sự phân mảnh quan sát được:
- Đứt gãy dài 75 km với hoạt động địa chấn thay đổi
- Các khu vực thường xuyên xảy ra động đất xen kẽ với các vùng im lặng địa chấn bất thường
- Các phần mảng bám bong ra theo từng giai đoạn theo thời gian
- Tạo ra các vi mảng nhỏ hơn và các ranh giới kiến tạo mới
Tấm hoạt động như thế nào trong quá trình sụp đổ
Shuck giải thích rằng thay vì dập tắt hoàn toàn ngay lập tức, mảng bám dần dần vỡ ra, tạo ra các tấm vi mô nhỏ hơn. Quá trình này giống như một đoàn tàu đang dần trật bánh, hết toa này đến toa khác. Khi một mảnh vỡ ra hoàn toàn, nó sẽ ngừng tạo ra động đất vì các tảng đá không dính chặt vào nhau. Những khoảng trống im lặng này cho thấy các phần của tấm đã tách ra và vết nứt đang dần mở rộng.
Suzanne Carbotte, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lamont, lưu ý rằng các nhà nghiên cứu từ lâu đã biết rằng quá trình hút chìm có thể chậm lại khi các phần nhẹ hơn của mảng chạm tới ranh giới. Tuy nhiên, chưa bao giờ có một bức tranh rõ ràng như vậy về quá trình đang diễn ra. Những khám phá mới giúp hiểu rõ hơn về vòng đời của các mảng kiến tạo hình thành nên Trái đất.
Sự đóng cửa từng giai đoạn của các đới hút chìm
Nghiên cứu cho thấy các đới hút chìm không bị phá hủy đồng thời. Thay vào đó, chúng chấm dứt bằng cách chấm dứt từng đợt hoặc từng phần, một quá trình mà mảng bám vỡ ra theo từng giai đoạn, với các phần khác nhau bong ra theo thời gian. Khi các mảnh nhỏ vỡ ra, tấm lớn hơn sẽ mất lực đẩy nó xuống.
Trải qua hàng triệu năm, sự mất động lượng dần dần này có thể khiến toàn bộ hệ thống hút chìm rơi vào tình trạng bế tắc. Quá trình này giải thích các đặc điểm hấp dẫn được quan sát thấy ở các khu vực trên mặt đất khác. Các ví dụ bao gồm các mảnh vỡ của mảng kiến tạo cổ đại và mô hình hoạt động núi lửa mà trước đây các nhà nghiên cứu không hiểu rõ, chẳng hạn như tàn tích của mảng Farallon cổ đại được tìm thấy ngoài khơi Baja California.
Ý nghĩa đối với trận động đất ở Thái Bình Dương
Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu xem những vết nứt mới được phát hiện này có thể ảnh hưởng như thế nào đến các trận động đất trong khu vực trong tương lai. Một câu hỏi cơ bản là liệu một vết nứt có cường độ lớn có thể lan truyền qua các vết nứt này hay không hay liệu các vết nứt có làm thay đổi cách lan truyền năng lượng địa chấn hay không.
Hiện tại, những phát hiện này không làm thay đổi đáng kể nguy cơ chung ở Cascadia. Khu vực này vẫn có khả năng gây ra động đất và sóng thần với cường độ lớn. Việc kết hợp những chi tiết mới này vào các mô hình sẽ cải thiện sự hiểu biết và mô phỏng các nguy cơ địa chấn ở Tây Bắc Thái Bình Dương.