科學家們首次捕捉到太平洋西北地區下方一個主要構造系統開始瓦解的異常詳細景象。
這項發表在《Science Advances》上的發現，顯示了一個俯衝帶正在積極地分裂成數塊。俯衝帶形成於一個構造板塊被強迫推入另一個板塊下方並深入地函之處。它們是地球上一些最大地震、強烈火山爆發，以及大陸和海洋盆地長期變化的原因。
然而，直到現在，科學家們很少有機會清楚地看到這些巨大的系統是如何走到生命盡頭的。
俯衝是持續重塑地球表面的主要過程之一。當一個海洋板塊下沉到另一個板塊下方時，地殼的物質會被帶向下方的地函，即地殼下方的熱層。
這些系統可以活躍數百萬年，但它們無法無限期地持續下去。否則，大陸最終會相互堆積，海洋會消失，地球大部分的地質歷史也會被抹去。
這給地質學家留下了一個根本性的問題：究竟是什麼原因導致一個成熟的俯衝帶停止運作？
路易斯安那州立大學地質學家、該研究的主要作者布蘭登·舒克（Brandon Shuck）表示：「啟動一個俯衝帶就像試圖推動一列火車上坡——需要巨大的努力。但一旦它開始移動，就像火車在下坡競速，無法停止。結束它需要一些戲劇性的事情——基本上，就是一場火車事故。」
科學家們現在可能正在卡斯卡迪亞下方觀察這個過程的展開。
卡斯卡迪亞下方的構造板塊正在斷裂
在溫哥華島外海，胡安·德·富卡板塊和探險者板塊正緩慢地被推入北美板塊下方。這個區域是卡斯卡迪亞俯衝帶的一部分，一個沿著太平洋西北地區延伸的巨大構造邊界。
研究人員結合詳細的地震紀錄和地震反射成像技術，深入觀察海底下方。這項技術有點像醫學超音波。科學家發送聲波進入地球，並測量這些聲波如何從不同的地下結構反射回來。
地震測量來自美國國家科學基金會資助的 2021 年卡斯卡迪亞地震成像實驗（CASIE21），期間研究人員在一艘船上向海底發送聲波。一條長達 15 公里的拖纜，載有水下聆聽儀器，記錄了返回的訊號。
透過分析這些回聲，科學家們創建了海底下方隱藏結構的詳細圖像。令人驚訝的是，他們發現了切割下沉板塊的大型斷層和裂縫，包括板塊似乎正在主動斷裂的區域。
舒克說：「這是我們第一次清楚地看到一個俯衝帶在死亡過程中被捕捉到。板塊並非一次性關閉，而是正在一片一片地撕裂，形成更小的微板塊和新的邊界。所以，與其說是一場巨大的火車事故，不如說像是看著一列火車一次一節車廂地緩慢脫軌。」
貫穿板塊的 75 公里長裂縫
研究人員確定了貫穿海洋板塊的幾處裂縫。其中一個尤其戲劇性的特徵是一個巨大的錯位，部分板塊已經下降了大約五公里。
舒克解釋說：「有一條非常大的斷層正在積極地斷裂板塊。它還沒有 100% 斷開，但已經很接近了。」
地震活動提供了關於正在發生的事情的另一個線索。
沿著一條約 75 公里長的裂縫，有些部分仍在產生地震，而有些部分則變得異常平靜。這種差異很重要，因為地震發生時，相互連接的岩石塊會累積應力並突然滑動。
他說：「一旦一個部分完全斷開，它就不再產生地震，因為岩石不再相互鎖定。」
因此，沿著裂縫的一部分沒有地震，表明該板塊的一部分已經分離。根據研究人員的說法，那個分離的區域正在逐漸擴大。
地球地殼可能一片一片地斷裂
俯衝帶似乎不是一次巨大的事件中失敗，而是透過一系列較小的斷裂來關閉。
研究人員將這個過程描述為「間歇性」或「片段式」終止。個別部分在不同時間撕裂，緩慢地拆解更大的構造系統。
轉換斷層起著重要作用。這些是地殼各部分相互側向移動的斷層。在這個環境中，它們幾乎可以像地質剪刀一樣，切割板塊並幫助隔離個別碎片。
一旦一個部分分離，它就可以形成一個微板塊。微板塊本質上是地球堅硬外殼的一個較小部分，其移動方式與周圍的主要構造板塊有些獨立。
同時，較大板塊的鄰近部分可以繼續下沉。
隨著越來越多的部分分離，剩餘的板塊會失去一些維持俯衝的向下拉力。舒克將這個過程比作從失控的火車上移除車廂。最終，系統中沒有足夠的部分能夠以相同的方式繼續運作。
每個獨立部分的斷裂可能需要數百萬年。然而，這些事件加在一起，最終可以導致整個俯衝帶的終結。
古老的構造謎團開始變得有意義
這項發現可能有助於解釋世界其他地區的地質謎團。
科學家們發現了被遺棄的板塊碎片和不尋常的火山岩序列，這些似乎記錄了古老俯衝系統的最後階段。直到現在，研究人員有證據表明這些系統已經斷裂，但關於這個過程如何展開的直接資訊卻少得多。
一個重要的例子可以在下加利福尼亞半島外海找到。
在那裡，地質學家們發現了由法拉龍板塊留下的化石微板塊，法拉龍板塊是一個巨大的古老海洋板塊，曾經橫跨東太平洋的大部分地區。
這些碎片長期以來一直表明，法拉龍板塊並非一次事件就消失了。卡斯卡迪亞的觀測現在為這些殘餘物如何形成提供了一種可能的解釋。
一個正在死亡的俯衝帶可能不會一次性崩潰，而是會逐漸解體，留下較小的板塊碎片散落在地質證據中。
撕裂的板塊可能引發火山活動的變化
斷裂也會改變地表下方更深處發生的情況。
當一個下沉板塊的一部分分離時，可能會形成一個稱為「板塊窗」的開口。這個間隙允許地函中更熱的物質上升到地表。
這種上升的物質可以改變岩漿的產生，並可能導致火山活動的發生。
隨著斷裂的持續，構造邊界可能會轉移，可能會形成額外的微板塊，並且俯衝系統的不同部分可能會在不同時間關閉。
舒克說：「這是一個漸進式的分解，一次一個階段。而且它與我們在地質記錄中看到的非常吻合，那裡的火山岩隨著時間推移變得越來越年輕或越來越老，反映了這種逐步撕裂的過程。」
現代觀測與古代岩石之間的這種聯繫，為研究人員提供了一種新的方式來解釋早已消失的構造邊界的殘餘物。
這對卡斯卡迪亞地震意味著什麼
這些發現也引發了太平洋西北地區的一個重要問題：這些新發現的裂縫是否會影響未來的地震？
研究人員現在想了解，一場大地震是否會繼續跨越其中一個斷裂處破裂，或者板塊受損的部分是否會改變破裂的路徑。
破裂是沿著斷層的快速移動，產生地震。破裂的距離以及它沿途遇到的結構，可能強烈影響地震的大小和行為。
目前，研究人員強調，這項發現並不會在人類時間尺度上顯著改變卡斯卡迪亞的地震危害。
該地區仍然能夠產生極大的地震和海嘯。觀察到的海底斷裂是在數百萬年內發生的，而不是數十年或數百年。
然而，將這些新發現的結構添加到地震模型中，最終可能會提高科學家對未來破裂行為的理解。
對於地質學家來說，卡斯卡迪亞提供了一些更為罕見的東西：一個觀察地球偉大構造系統之一如何一片一片地緩慢自我拆解的機會。
