Введение
Марокканское землетрясение 8 сентября 2023 года произошло в том месте, где его если и ожидали, то не очень. Место, где землетрясение произошло, расположено на расстоянии боле 500 километров от активной границы Африканской и Евразийской геотектонических плит. А именно на границах плит и происходят подвижки земных блоков, вызывающих сильные и даже разрушительные землетрясения. С исторической точки зрения, в месте Марокканского землетрясения подобных событий не было более века. Но землетрясение произошло, и оно, как и многие другие разрушительные землетрясения, оказалось неожиданным.
Землетрясение привело к гибели почти 3000 человек, ранению около 5500 человек, из которых более 1400 человек получили тяжёлые ранения. Землетрясение привело к масштабным разрушениям. Были повреждены исторические достопримечательности Марракеша. Землетрясение ощущалось в Испании, Португалии, Алжире и других странах.
Сейсмологическая наука утверждает, что землетрясение предсказать в долгосрочной перспективе вполне возможно, а вот в краткосрочной пока невозможно. То есть известно, что землетрясение в каком-либо месте обязательно произойдёт, но вот когда точно оно произойдёт (секунды, минуты, часы, дни, месяцы и даже годы), сказать практически невозможно.
Но землетрясение произошло, и чем неожиданнее было это событие, тем интереснее познакомиться с ним поближе. И начнём с “сухих фактов.
Краткие сведения о Марокканском землетрясении 08.09.2023.
Землетрясение магнитудой около 7.0 произошло 8 сентября 2023 года в 23:11 по местному времени. Эпицентр разрушительного Марокканского землетрясения находился в горах Высокий Атлас (High Atlas Range), примерно в 71 км к юго-западу от Марракеша (четвёртого по величине города Королевства Марокко после Касабланки, Феса и Танжера.). Высокий Атлас является составной частью Атласских гор (Atlas Mountains).
Магнитуду землетрясения оценивают равной 6.8, 6.9 и даже 7.2.
По данным Геологической службы США (USGS) координаты эпицентра 31.064°N 8.391°W, очаг землетрясения располагался на глубине 18,5 км, в то время как сейсмологическое агентство Марокко сообщило о глубине в 11 км.
По данным Европейско-Средиземноморского сейсмологического центра, магнитуда землетрясения составила 6.9, а его эпицентр находился в 77 км к юго-западу от Марракеша. Землетрясение ощущалось в Португалии, Испании, Мавритании, Алжире, Западной Сахаре и вдоль побережья Гибралтарского пролива.
Первый толчок продолжался около 20 секунд. Ниже представлена запись упругих колебаний (сейсмических волн) от первого толчка на одной из ближайших к очагу землетрясения сейсмостанций. Видно много порождённых первым толчком землетрясения сейсмических волн (P, PP,S, SS, R).
Ниже на видео представлена визуализация реальных данных (The Ground Motion Visualization), показывающая, как сейсмические волны от землетрясения распространяются по североамериканской сети сейсмических станций. Данные по сети сейсмостанций находятся в открытом доступе и собираются с использованием технологии “Объединенного доступа к данным” (Federated data access).
Видео: Как “прошли” по поверхность территории США сейсмические волны от Марокканского землетрясения 08.09.2023
Повторный толчок магнитудой 4.9 произошёл через 19 минут после основного. Всего за основным толчком последовали сотни повторных толчков (афтершоков). В национальном геофизическом институте Марокко назвали землетрясение самым разрушительным за последние сто лет. Вслед за мощным толчком последовали сотни афтершоков, самый мощный из которых имел магнитуду 6.0.
Посмотрим, какие геологические предпосылки возникновения сильных землетрясений имеются в районе Атласских гор – месте, где и произошло Марокканское землетрясение 08.09.2023.
Геологические факторы, способствующие возникновению землетрясений в этом регионе.
Геотектонические плиты, то есть крупные фрагменты литосферы Земли, постоянно движутся относительно друг друга. Эти относительные движения геотектонических плит ответственны за различные геологические явления, такие как землетрясения, извержения вулканов, образование гор и океанских котловин.
Тектоническая активность Марокко связана прежде всего со сближением Евразийской и Африканской плит. Евразийская плита, столкнувшаяся с Африканской плитой, привела к образованию Атласских гор, которые проходят через Марокко, Алжир и Тунис. В Атласских горах, а точнее в Высоком Атласе (High Atlas Range) и находился эпицентр Марокканского землетрясения 08.09.2023.
В настоящее время столкновение (коллизия) между плитами вызывают сокращение (сжатие) Атласских гор, а возникающие при этом упругие напряжения внутри литосферы и обуславливают сейсмичность этого района.
По данным GPS-измерений плиты сближаются друг с другом со скоростью порядка 1 миллиметра в год. Это сближение и, соответственно, вызываемое им сжатие, порождает глубинные разломы (огромные трещины внутри литосферы). Движение между краями разлома вызывает сильное трение между блоками горных пород, которое препятствует плавному скольжению этих краёв друг относительно друга. А само движение происходит скачкообразно. Каждый скачок (срыв) краёв разлома один относительно другого и порождает землетрясение. То есть именно скачкообразные относительные движения плит являются причиной землетрясений. Глубинные разломы активны на протяжении нескольких миллионов лет и, соответственно, порождают всё новые и новые землетрясения..
Высокий Атлас (High Atlas Range) характерен уникальной геологической особенностью – более тонкой, по сравнению с другими континентальными плитами литосферой. Это утончение литосферы под Высоким Атласом сочетается с необычным подъемом разогретой мантии (астеносферы). Именно три отмеченных выше фактора: относительное движение плит, сопровождающееся необычайно сильным трением; утончённая литосфера; неглубоко залегающая кровля мантии, явились причиной возникновение мощного Марокканского землетрясения. Познакомимся поближе с внутренним устройством литосферы Атласских гор.
Внутреннее устройства литосферы Атласских гор
Современные геофизические методы исследования Земли позволяют заглянуть в её глубины. Ниже приведу результат визуализации первый 60-ти километров толщи земли по двум профилям, секущим в меридиональном направлении Атласские горы. Визуализация выполнена с помощью метода сейсмической томографии на упругих продольных Р-волнах от землетрясений, окружающих регион исследования. На обоих профилях просматривается подъём вверх, ближе к поверхности Земли кровли относительно размягчённого за счёт увеличения температуры слоя (кровли астеносферы). То есть толщина хрупкой земной коры уменьшена, что способствует её более лёгкому разрушению при упругом давлении. При горизонтальном давлении, утончённая хрупкая литосфера (на профилях показана голубым цветом), залегающая над приподнятой астеносферой (на профилях показана оранжевым цветом), может приподняться и треснуть, а на фоне постоянного сжатия это может дать начало новому разлому в земной коре, но может и “оживить” уже существующий разлом. В обоих случаях движения по разлому приведут к землетрясения.
В структуре литосферы по профилям A и B выявляются зоны относительного разогрева и частичного плавления (heat and molten zone) (обозначена оранжевым цветом) и хрупкие зоны (brittle zone ) с отслоением земной коры ( with crustal detachment) (синяя и зелёная области). Скорости в диапазоне от 7,8 до 8,0 км/с соответствуют границе «Мохо», отделяющей земную кору от верхней мантии.
Землетрясение магнитудой, достигающей 7.0, потрясшее Марокко, произошло в пределах западной части Атласских гор в результате сжатия, вызванного смещением Африканской тектонической плиты относительно Евразийской плиты. Как отмечено ранее, сейсмичность Атласских гор обусловлена движениями геотектонических плит, которые приводят к мощному сжатию геотектонических структур региона. Землетрясения такой силы (размера) в регионе являются редкостью, но не являются неожиданными. С 1900 года в радиусе 500 км от Марокканского землетрясения 2023 года произошло 9 землетрясений с магнитудой 5.0 и более, но ни одно из них не превышало магнитуду 6.0. Большинство этих землетрясений произошло к востоку от землетрясения 8 сентября 2023 года. Приведём краткий обзор геотектонического устройства Средиземноморского региона, и более детально рассмотрим северные районы Африканской геотектонической плиты.
Тектоника и сейсмотектоника Средиземноморья и окрестностей, в том числе северной части Африканской плиты.
Средиземноморский регион со своими окресностями активно “живёт” в геологическом масштабе времени и перемещается с геологической скоростью вот уже многие и многие миллионы лет. Относительные движения отдельных геотектонических фрагменотв литосферы со скорорстями, исчисляемыми миллиметрами (а где-то и сантиметрами) в год, приводят к накоплению огромных упругих напряжений внутри литосферы (в том числе и в литосферее Атласских гор), которые и разряжаются в форме землетрясений, иногда разрушительной силы. Главным “двигателем” всего региона и его сейсмической активности является конвергенция (перемещение) на север со скоростью 4-10 мм/год Африканской плиты (Africa Plate) относительно Евразийской плиты (Eurasia Plate) вдоль сложноустроенной границы этих плит. Эти движения порождают такие геотектонические формы взаимодействия плит, как зоны субдукция и трансформные разломы. Именно эти процессы – субдукция (погружение) одной плиты под другую и подвижки фрагментов плит одна относительно другой по трансформным разломам и вызывают накопление упругой энергии с последующей разрядкой в форме землетрясений. Поближе познакомимся с этими геотектоническими явлениями в обширном Средиземноморском регионе.
Конвергенция плит началась примерно 50 млн лет назад и была связана с закрытием моря Тетис (Tethys Sea). Средиземное море – это современный остаток моря Тетис. Самая высокая сейсмичность в Средиземноморском регионе наблюдается: а) вдоль Эллинской зоны субдукции (Hellenic subduction zone) на юге Греции; б) вдоль зоны Северо-Анатолийского разлома (North Anatolian Fault Zone) на западе Турции; и в) в пределах Калабрийской зоны субдукции (Calabrian subduction zone) на юге Италии.
Локальные высокие скорости конвергенции в Эллинской зоне субдукции (35 мм/год) связаны с распространением задугового спрединга (back-arc spreading) по всей Греции и западной Турции над погружающейся Средиземноморской океанической корой.
Спрединг (англ. spreading от англ. spread — растягивать, расширять) – это геодинамический процесс раздвигания жёстких литосферных плит под действием нагнетаемого снизу магматического расплава ( например в области рифтов срединно-океанических хребтов).
Задуговый спрединг (back-arc spreading) – новообразование коры океанического типа над зоной субдукции путем спрединга в условиях задугового бассейна. В качестве причин растягивающих напряжений в задуговой области рассматривают:
– либо подъём термального диапира, возникающего над субдуцирующей (погружающейся) плитой, как следствие фрикционного разогрева;
– либо конвекцию (завихрение), возбуждаемую движением субдуцирующей плиты.
Сбросы земной коры во всем этом регионе являются проявлением тектонических растяжений, связанных с задуговым спредингом. Район Мраморного моря (Marmara Sea) представляет собой переходную зону между этим режимом растяжения (extensional regime) на западе и сдвиговым режимом (strike-slip regime) Северо-Анатолийской зоны разломов (North Anatolian Fault Zone) на востоке.
Северо-Анатолийский разлом на юго-востоке Турции компенсирует большую часть правостороннего горизонтального движения (23-24 мм/год) между Евразийской плитой и Анатолийской плитой (Anatolian Plate) за счёт смещения на запад по этому разлому Анатолийской плиты (под давлением Аравийской плиты). Это движение обеспечивает дальнейшее закрытие Средиземноморского бассейна, вызванного столкновением Африканской и Аравийской плит (Arabian plates). Субдукция дна Средиземного моря под Тирренское море (Tyrrhenian Sea) в Калабрийской зоне субдукции порождает активную зону сейсмичности вокруг Сицилии и южной Италии. Действующие вулканы расположены над зонами землетрясений средней глубины на Кикладскими островами Эгейского моря (Cyclades of the Aegean Sea) и на юге Италии.
Посмотрим, откуда берётся сила, которая заставляет “оживать” блоки литосферы Атласских гор, что приводит к не частым, но разрушительным землетрясениям. Сразу скажу, что гигантская сила зарождается при неравномерном спрединге (раздвижении и новообразовании океанической литосферы) Срединно-Атлантического рифта мантийным плюмом. Эта сила передаётся на север Африканской плиты через Азоро – Гибралтарский Трансформный Разлом. Познакомимся поближе с этим глобальным, геотектоническим феноменом.
Трансформный разлом – это сдвиговый разлом на границе литосферных плит, в котором относительное движение плит является преимущественно горизонтальным и направленным вдоль разлома, то есть кора в месте разлома не создаётся и не уничтожается а крошится. Горизонтальное смещение литосферных плит происходит по простиранию разлома, а под их сдвигом в данном случае подразумевается не схождение, а касательное смещение друг относительно друга. Направление сдвига бывает левое (sinistral – левостороннее) и правое (dextral – правостороннее). Не все разломы являются трансформными, и не все границы плит имеют трансформные разломы. Большинство трансформных разломов расположены на океаническом дне, где из-за активных раздвигающихся хребтов формируются зигзагоподобные границы плиты. Разломы возникают между плитами, которые двигаются параллельными курсами (с разной скоростью) и ориентированы перпендикулярно срединно-океаническим хребтам. В таком случае они разбиваются на сегменты шириной в среднем до 400 км. Трансформные разломы являются одним из трёх типов границ плит в тектонике.
Азоро – Гибралтарский Трансформный Разлом (Azores–Gibraltar Transform Fault – AGFZ)
Азоро – Гибралтарский Трансформный Разлом (AGFZ) – основная сейсмическая зона в восточной части Атлантического океана между Азорскими островами и Гибралтарским проливом. Этот трансформный разлом возник благодаря сложному взаимодействию Африканской, Евразийской и Иберийской плит. AGFZ продуцирует землетрясения большой магнитуды.
Разлом формирует Атлантический сегмент границы между Африканской и Евразийской плитами. В горизонтальные (латеральные) движения по разлому происходят на фоне преобладающих сил сжатия между сходящимися со скоростью от 3,8 до 5,6 мм/год геотектоническими плитами. Сам сегмент границы на своём протяжении подвержен таким тектоническим воздействиям как растяжение и, собственно самому режиму трансформного разлома. Океаническая литосфера в этом районе напрямую связана с открытием северной части Атлантического океана и является одной из старейших сохранившихся на Земле.
Геологическая ситуация
Западный конец AGFZ, так называемое Тройное соединение Азорских островов (Azores Triple Junction) на Срединно-Атлантическом хребте, расположен в месте, где соединяются Северо-Американская, Африканская и Евразийская плиты. Спрединг в Срединно-Атлантическом рифте происходит быстрее к югу от AGFZ (34 мм в год), чем к северу от начальной точки разлома (22 мм в год), что приводит к левостороннему (против часовой стрелки) движению вдоль трансформного (AGFZ) разлома на всём его протяжении. Восточный сегмент разлома имеет сложный характер и характеризуется (characterised) серией подводных гор и хребтов, разделяющих абиссальные равнины Торес (Tores Abyssal Plain) и Подкова (Horseshoe Abyssal Plain). Активная деформация сжатия в этом сегменте представляет собой крайне редкий пример сжатия между двумя океаническими литосферами.
Тектоноплитная ситуация
Атлантический океан окружен пассивными окраинами, за исключением трех зон субдукции: дуги Малых Антильских островов (Lesser Antilles Volcanic Arc) в Карибском море, дуги Скоша (Scotia Arc) в Южной Атлантике и дуги Гибралтара (Gibraltar Arc) в западном Средиземноморье. Гибралтарская дуга распространяется на запад, в Атлантику, над океанической плитой, опускающейся на восток (один из остатков океана Тетис). Эта система субдукционно-задугового бассейна развивается перед блоком Альборан, подстилающим море Альборан (Alboran Sea) быстрее, чем конвергенция Африки и Иберии. Следовательно, эта область представляет собой редкий случай медленного преобразования пассивной границы в активную.
Топография региона Гибралтарской дуги и основные географические названия. WAB – West Alboran Basin; EAB – East Alboran Basin; ABB – Algero-Balearic Basin. Затенённая серым цветом область указывает на положительную аномалию скорости на глубине 270 км, обнаруженную по данным сейсмотомографии ассоциируемая с Гибралтарской плитой. Оранжевая линия обозначает фронт Риф-Бетика (Rif-Betic front). Фиолетовая линия показывает положение поперечного сечения региона. Белые стрелки показывают направление сближения Иберийской (окраина Евразийской) и Африканской (Нубийской) плит. Синие точки обозначают региональную сейсмичность (40 км < h < 150 км).
Расширение этой системы субдукции, известной как «Аллохтонная единица Кадисского залива» (allochthonous unit of the Gulf of Cadiz, AUGC), знаменует собой продолжающееся распространение Альпийского пояса (Alpide belt) в Атлантику вдоль Азоро – Гибралтарского Трансформного Разлома (AGFZ). В контексте Цикла Вильсона это даёт возможность предположить, что начало закрытия Атлантики происходит перед тремя зонами атлантической субдукции.
Цикл Вильсона – это цикл формирования и исчезновения океанов, обусловленный тектоническими движениями литосферных плит. Полный цикл Вильсона занимает от 400 до 600 млн лет.
Сейсмичность вдоль северной окраины Африканского континента
Как было отмечено ранее, Северная Африка подвержена разрушительным землетрясениям из-за трения вдоль контакта Евразийской и Африканской плит, обусловленного сдвиговым режимом (strike-slip regime) Северо-Анатолийской зоны разломов (North Anatolian Fault Zone), передающемся далее на запад, в район Атласских гор. Двигателем сдвиговых подвижек является не только само относительное движение геотектонических плит по трансформным разломам, но и погружение (субдукция) края Африканской плиты под Евразийскую плиту.
Хотя уровень сейсмичности сравнительно низок вдоль северной окраины Африканского континента, сильные разрушительные землетрясения были зарегистрированы начиная от Марокко в западном Средиземноморье и до Мертвого моря в восточном Средиземноморье. Трансформный разлом Азорские острова-Гибралтар (Azores–Gibraltar Transform Fault) определяет границу между Африканской и Евразийской плитами у западного побережья Марокко и Португалии (см. рисунок ниже).
Схема указывает на на горизонтальное смещение со скоростью 12 мм в год по фрагментам трансформного разлома, берущего начало в рифтовой зоне Срединно-Атлантического хребта (MAR). Спрединг севернее Тройного соединения Азорских островов (Azores Triple Junction TJ2) на Срединно-Атлантическом хребте проходит со скоростью 22 мм в год, тогда как южнее этой тройной точки со скоростью 34 мм в год. Разница в скорости 12 мм в год и передаётся по Азоро – Гибралтарскому Трансформному Разлому в район Марокканского землетрясения 8 сентября 2023 года. Именно это горизонтальное движение в восточном направление со скоростью 12 мм в год и является частью упругой силы, которая отвечает за возникновение Марокканского землетрясения 08.09.2023.
Африканская плита погружается (субдуцирует) под Евразийскую плиту.
Помимо горизонтального движения вдоль трансформного разлома, о котором упомянуто выше, упругие напряжения Северной Африки, приводящие к землетрясениям, связаны с тем, что Африканская плита продвигается на север, в сторону Евразийской плиты, создавая тем самым зону столкновения (collision zone). Средиземное море разделено на ряд микроплит, которые образуют зоны субдукции (subduction zones), зоны столкновения (collision zones) континентальных плит и консервативные зоны разломов (conservative fault zones). По мере того, как Африка продвигалась на север, навстречу Европе, дно Средиземноморья погрузилось в мантию вдоль трещины (crack) в земной коре в зоне субдукции, вызывая подъем новой магмы на поверхность. Основные районы вулканизма находятся на юге Италии и Греции.
Геологические особенности современного Средиземноморья определяются двумя основными процессами: тектоническим смещением, вызванным субдукцией Африканской плиты под Евразийскую плиту и постепенным закрытием Средиземного моря.
Медленное сближение континентов на считанные миллиметры каждый год частично затрудняется столкновением двух плит далее на восток, в Турции.
А продолжению субдукции препятствует легкость (относительно низкая плотность горных пород) Африканского континента. Части Африканской плиты, которые погружались, откололись и теперь опускаются в сторону мантии Земли. Остаток океанической пляты, погруженной в более горячую верхнюю мантию Земли может явиться причиной для возникновения глубокофокусных землетрясений в отдалённом геологическом будущем. А в настоящее время упирающиеся друг в друза плиты и приподымающаяся благодаря возникшему давлению относительно лёгкая, а в Высоком Атласе и утонченная коря является источником неглубоких, коровых землетрясений. Одним из подобных землетрясений и было Марокканское землетрясение 08.09.2023. Рассмотрим повнимательнее Атласские горы и земную кору Высокого Атласа. Так сказать “спустимся на землю” после того, как рассмотрели в более глобальном плане геотектоническое устройство Средиземноморского региона и его окружения, начиная от Срединно – Атлантической рифтовой зоны на западе и до Анатолийской плиты на востоке. А по времени – от зарождения моря Тетиса и до наших дней. Рассмотренный глобальный контекст и обеспечивает геодинамику Атласских гор начиная с их зарождения и до Марокканского землетрясения 8 сентября 2023 года. Познакомимся поближе с геотектоническим устройством Атласских гор (и с поверхности, и в глубине), как местом, где произошло Марокканское землетрясение и где проявили себя глобальные геодинамические процессы.
Атласские горы. Взгляд с поверхности Земли.
Атласские горы (от имени греческого титана Атласа) (Atlas Mountains) – это большая горная система на северо-западе Африки, тянущаяся от атлантического побережья Марокко через Алжир до берегов Туниса. Первоначально Атласом называлась только часть горной системы в пределах древней Мавритании, то есть запад и центр современного Атласа. Позже под этим названием стала объединяться вся горная система от мыса Котей (современный мыс Спартель близ Танжера) до Сиртов (Малый Сирт). Длина хребтов — 2092 км. Наивысшая точка — гора Тубкаль (4167 м), находится на юго-западе.
Географически, горы Атлас отделяют Средиземноморское и Атлантическое побережья от пустыни Сахара. Населены в основном арабами и берберами (Марокко), в том числе кабилами (Алжир). Атласские горы состоят из хребтов Телль-Атлас (Tell Atlas), Высокий Атлас (High Atlas Range), Средний Атлас (Middle Atlas), Сахарский Атлас (Saharan Atlas Range), внутренних плато Высокие плато (High Plateau), Марокканская Месета (Moroccan Meseta) и равнин.
Марокканская Месета – общее название высоких равнин и плато на северо-западе Марокко, находящихся между побережьем Атлантического океана на западе и хребтами Высокий и Средний Атлас на востоке. С севера располагается хребет Эр-Риф. Средняя высота нагорья растёт уступами от побережья к горам в пределах 400-1600 м. Марокканская Меса сложена осадочными отложениями, которые перекрывают древний фундамент. По плато протекают самые полноводные воды Магриба — Умм-эр-Рбия и Тенсифт.
Атлас – эта часть Альпийско-Гималайского пояса, которая возникла сравнительно недавно и присоединилась к Африке в результате закрытия океана Тетис. Рельеф южной части региона сформирован на структурах герцинского (конец девона — начало триаса), а северной – альпийского (последняя крупнейшая эпоха тектогенеза, охватывает последние 50 млн лет геологической истории Земли: палеоцен — кайнозой) возраста. Это горная страна расположена в пределах подвижного пояса в отличие от большинства африканских регионов. Для нее характерно кулисообразное взаиморасположение хребтов.
Антиатлас (Anti-Atlas Range) на юге – это глыбовый блок в пределах окраины древней Сахарской плиты. Большая часть хребтов (Высокий, Средний, Сахарский Атлас) представляют собой складчато-глыбовые сооружения, образованные в период активной тектонической деятельности в неогене, когда герцинские складчатые структуры были разбиты на блоки и приподняты. По линиям разломов происходили вулканические извержения. В эпоху альпийского орогенеза огромный блок Марокканская Мезета (Moroccan Meseta) надвинулся в область Атласа, сминая в крутые складки известняковые толщи. В результате образовался складчатый Эр-Риф (Er-Rif) с докембрийским ядром в осевой зоне. Телль-Атлас (Tell Atlas) возник несколько раньше, на востоке в его пределах смяты в складки соленосные породы триаса. В антропогене неотектонические движения отделили Атласскую систему от Сицилии. Разлом, образовавшийся по побережью, сопровождался вулканизмом. Сейчас это сейсмически неспокойный район. Между Тель-Атласом и Сахарским Атласом в пределах тектонической впадины на древней жесткой глыбе лежит Высокое плато (High Plateau), которое иногда называют Плато шоттов, или Оран-Алжирским плато. На внутренних плато есть пересыхающие соленые озера — шотты (Тигр, Джерид и др.).
Таким образом, в строении поверхности Атласской системы сочетаются горные хребты, высокие межгорные плато, холмистые равнины, сложенные известняками, песчаниками, сланцами, которые прорваны магматическими интрузиями. В горах породы сильно дислоцированы. Узкую прибрежную полосу занимает низменность, которая несколько расширяется в пределах Туниса (Tunisia).
Заглянем вглубь земной коры Атласа с помощью метода сейсмической томографии на продольных упругих волнах от землетрясений.
Высокий Атлас (High Atlas Range). Взгляд вглубь литосферы
Для того, чтобы взглянуть поглубже (на десятки, сотни и даже тысячи километров) вглубь Земли, разработана технология сейсмической томографии на упругих волнах от землетрясений. Её применение позволяет визуализировать глубинное устройство планеты, представляемое в виде глубинных срезов различной ориентации и направленности. На схемах, представленных ниже, приводятся сведения о глубинных сейсмотомографических исследованиях района Марокканского землетрясения.
а – Расположение и основные структурные области на севере Марокко: Атласские горы, Риф и Анти-Атлас. Западная Месета и восточная Месета ограничивают соответственно горы Среднего Атласа. Бассейн Суса (SB) и Бассейн Уарзазата (OB) расположенs на юге Высокого Атласа. Бассейны Эс-Сувейра (EB) и Верхняя Мулуя (HM) расположенs на севере Высокого Атласа. Красные треугольники обозначают вулканические интрузии. Красные прямоугольники ограничивают районы исследования:
Западный, Центральный и Восточный Высокий Атлас.
b – Расположение стационарных сейсмостанций на территории Марокканского Атласа.
(Красной звёздочкой обозначен эпицентр Марокканского землетрясения)
Как уже отмечалось выше, Атласские горы — это внутриконтинентальный горный пояс, простирающиеся на более чем 2000 км от Марокко до Туниса. Атласские горы возникли в результате столкновения Африканской и Евразийской геотектонических плит, начавшееся в кайнозое и продолжающееся до наших дней. Именно это столкновение приводит в движение внутренние тектонические структуры, воздымающие огромные территории Атласа и, как результат, к землетрясениям.
Данные сейсмотомографии на продольных, сейсмических Р-волнах от землетрясений выявляют наклонные, высокоскоростные (более жёсткие) блоки мощностью в десятки километров в строение литосферы Атласа, интерпретируемые как зоны субдукции.
1. Зона субдукции под Souss Basin, расположенная на глубине от 20 до 45 км и падающая на север, которая интерпретируется как тело, обозначающее границу между Марокканским Анти -Атласом (Moroccan Anti-Atlas) и Месета-Атласом (Meseta-Atlas domains).
2. Зоны субдукции отмечаются на юго-западе Высокого Атласа (High Atlas), под герцинским массивом Тичка (Hercynian Tichka massif) на расстоянии от 10 до 50 км, наклоненным в сторону от Анти-Атласа, и в восточной части Анти-Атласа, падающим к северу от Джбель-Угната (Jbel Ougnat) на 15-40 км.
3. Контакт западного и среднего Высокого Атласа (western and middle High Atlas) представляется двумя высокоскоростными блоками, погружающимися (subducting) в интервале глубин от 10 до 50 км. Первый высокоскоростной блок погружается на юго-запад под Высокий Атлас, а второй – на юго-восток под бассейн Уарзазата (Ouarzazate Basin).
4. В северной части юго-западного Высокого Атласа картируется высокоскоростное тело, погружающееся на север под бассейн Эс-Сувейры (Essaouira Basin) на глубину от 15 до 45 км.
5. В северо-восточной части Высокого Атласа в зоне Мужера (Mougeur zone) обнаружено высокоскоростное тело на глубине от 10 до 45 км, падающее на юго-восток под восточный Высокий Атлас.
Отрицательные (высокоскоростные) литосферные аномалии, обнаруженные в верхней и нижней коре, интерпретируются как горячий астеносферный материал, поднимающийся (upwelling) из глубин и постепенно (gradually) замещающий оторвавшуюся (detached) часть коры в Верхнем Атласе.
Проявление магматической деятельности в этих регионах свидетельствует о существовании оставшегося процесса субдукции. Выявленные глубинные структуры играют значительную роль в эволюции марокканского Атласа и его геодинамике, в том числе сейсмической активности. Именно эти более хрупкие области земной коры, накапливая упругие напряжения в результате подвижек геотектонических плит и являются источниками землетрясений, подобные Марокканскому землетрясению 08.09.2023.
Вертикальные разрезы по профилям A и B с юга на север в бассейне Сус (Souss Basin), на юго-западе Высокого Атласа и в бассейне Эс-Сувейра (Essaouira Basin), показывающий тело земной коры, погружающееся на северо-запад под бассейн Сус (профиль A) и под герцинский массив Тичка (Hercynian Tichka massif) (профиль B). Вертикальный разрез (C) представлен в бассейне Эс-Сувейры. Синий и красный цвета обозначают соответственно повышенную и пониженные скорости упругих Р-волн.
Разобравшись с причинами возникновения Марокканского землетрясения 08.09.2023, обратимся к древнему океану Тетис, как более глобальному источнику сейсмической активности севера Африканской плиты. Это позволит поглубже разобраться в нашем вопросе.
Немного истории: исчезающий, древний океан Тетис (Tethys ocean)
Древний, по отношению к океану Тетис – это не совсем верно, с геологической точки зрения. Ведь 200 миллионов лет на фоне пятимиллиардной истории Земли – совсем незначительный отрезок геологического времени. Но сколько всего произошло за последние две сотри миллионов лет! А именно – на том участке поверхности Земли, который мы обсуждаем, почти 200 млн лет назад зародился новый океан, который в научных кругах получил название “океан Тетис”. В период от 100 миллионов лет и до 50 миллионов лет назад назад океан Тетис развивался и достиг своего расцвета, заняв обширные площади на поверхности Земли. Последние 50 миллионов лет площадь океана Тетис сокращалась за счёт геотектонических событий, вызванных сближением и вращением литосферных плит. Значительная часть дна океана поглощалась мантией земли в зонах субдукции. А прибрежные зоны от длительных упругих напряжений вспучивались, превращаясь в горные страны, такие как Атласские горы на севере Африканской плиты. На рисунке ниже хорошо видны упомянутые выша этапы жизни океана Тетис, остатки которого в наше время являются Средиземным морем и его континентальными берегами.
Тектоническая эволюция границы Иберийско-Африканской плиты с ранней юры: (a) океанический спрединг (spreading) в Центральной Атлантике со смещением Африки на восток относительно Иберии и открытием Тетиса; (b) начало субмеридиональной (N–S) Иберийско-Африканской конвергенции (схождение, сталкивание) (Iberia–Africa convergence) и окончание растяжения на Лигурийско-Тетисском сегменте (Ligurian–Tethys segments); (c) – развитие надвигов (thrusting) и субдукции (subduction) противоположной полярности в Лигурийско-Тетисских сегментах; (d) откат (roll-back of) субдуцированных сегментов Лигурия-Тетиса и формирование современного Средиземноморья; (e) – завершение отката (end of roll-back of) Лигурийско-Тетисских плит и укладки (stacking) блоков высокого давления/низкой температуры (ВП/НТ) в дуге Бетик-Риф и Кабилиях ; (f) возможное начало субдукции Средиземноморского региона (Mediterranean domain) под Северную Африку, направленной с юга на юго-восток (S–SE directed subduction).
COB: continental-oceanic boundary; GB: Gorringe Bank; GPB: Guadalquivir–Portimao Bank; RPM: Ronda Peridotite Massif.
Видео: Океан Тетис
Развитие океана Тетис отделило Африканскую плиту от Евразийской. В позднемеловом периоде Африканская и Евразийская плиты начали сближаться, закрывая океанский бассейн Тетис, и остатки этого древнего океана теперь называются Средиземным морем.
Механизм очага: а как там внутри?
В заключении рассмотрим механизм очага Марокканского землетрясеия 08.09.2023, то есть побываем “на кухне” этого уникального геодинамического события, рассмотрим его поближе, изнутри. Посмотрим, как там это всё происходило.
“Механизм очага” – это технология, позволяющая “рассмотреть поближе” очаг землетрясения, то есть “воочию увидеть” как разрывается горная порода внутри Земли во время разгрузки накопленного, в результате движения плит, огромного упругого напряжения и как излучаются упругие, сейсмические волны. Механизм очага представляется в форме специальной диаграммы (см. рисунок ниже), которая позволяет определить одновременно пространственную ориентацию: осей главных напряжений; возможных плоскостей разрывов; подвижек в очаге землетрясения. На рисунке представлен механизм очага Марокканского землетрясения 08.09.2023.
Как сообщает Геологическая служба США, землетрясение имело механизм очага, указывающий на образование наклонно-надвигового разлома под Высоким Атласом.
Надвиг – это один из видов разрывных смещений слоёв горных пород. Представляет из себя надвигание одной массы пород на другую по наклонённой плоскости разлома. Пласты, лежащие с верхней стороны разлома, оказываются сдвинутыми вверх, а с нижней – вниз. Первый блок называется висячим, второй – лежачим. Разлом наклонён к горизонту под небольшим углом — иначе объект называют не надвигом, а взбросом. Различие между ними обычно проводят по величине угла 45°. Надвиги образуются при сжатии земной коры.
Рассмотрим более детально интерпретацию механизма очага (фокального механизма) Марокканского землетрясения 08.09.2023.
Более детальный анализ механизма очага землетрясения
Решения по механизму очага землетрясения (его интерпретация) указывают на то, что разрыв (rupture) произошел на крутопадающем косо-взбросном разломе (steeply dipping oblique-reverse fault), простирающемся (striking) на северо-запад, или на мелкопадающем косо-взбросном разломе (shallow dipping oblique-reverse fault), простирающемся (striking) на восток. Это простирание выбрано из двух возможных потому, что горы Высокий Атлас (High Atlas) содержат множество уже изученных и нанесенных на карту сдвигов (strike-slip faults) и надвигов (thrust faults), простирающихся с востока на запад и с северо-востока на юго-запад.
Косой взброс (oblique reverse fault) – это разлом, который демонстрирует характеристики как наклонно-сдвигового (dip-slip), так и сдвигового (strike-slip) движения и образуется, когда висячая стенка (hanging wall) скользит по подошве (slides over the footwall) из-за сил сжатия (compressional forces), сближающих стороны.
Видео: Косой взброс (Oblique Fault).
Марокканское землетрясение произошло внутри Африканской плиты (Africa Plate), примерно в 550 км к югу от границы между Африканской и Евразийской плитами. В месте этого землетрясения Африканская плита перемещается примерно на 3,6 мм/год к западу-юго-западу относительно Евразийской плиты (Eurasia plate). Силы, движущие плитой мы рассмотрели ранее.
Хотя землетрясения такого размера обычно изображаются на картах в виде точек, их правильнее представлять как скольжение по большей площади разлома (slip over a larger fault area). Событие обратного разлома (Reverse faulting events) размером с землетрясение в Марокко 8 сентября 2023 года, обычно имеют размеры примерно длиной 30 км и шириной 20 км. Этот результат основан на нодальной плоскости тензора момента (moment tensor nodal plane):
Простирание (strike) плоскости = 251,0°; Падение плоскости (dip) = 69,0°.
Высвобождение сейсмического момента (как происходила подвижка в очаге землетрясения).
Высвобождение сейсмического момента (seismic moment release), рассчитанное на основе этой плоскости, составляет 2,3e+19 Н-м (Mw = 6,9) с использованием одномерной модели земной коры, интерполированной из CRUST2.0 (Bassin et al., 2000).
Сечение распределения скольжения (slip distribution).
Направление простирания (strike direction) указано над каждой плоскостью разлома (251,0°), а положение гипоцентра отмечено звездочкой. Амплитуда скольжения (Slip amplitude) показана цветом. Направление движения висячей стенки (hanging wall) относительно подошвы (передний угол) указано стрелками. Контурами показано время начала разрыва (rupture initiation time) в секундах.
Поверхностная проекция (Surface Projection) распределения скольжения, наложена на батиметрию GEBCO (The General Bathymetric Chart of the Oceans). Толстые белые линии обозначают границы основных плит. Серые кружки, если они есть, обозначают места афтершоков, размер которых зависит от магнитуды.
Как развивался первый толчок во времени показывает Функция скорости момента.
Функция скорости момента (Moment Rate Function) показаваем, что основная упругая энергия выделилась (излучилась в форме замлетрясения) в первые 10 секунд с начала разрыва горной породы.
Источники
– M 6.8 – 52 km WSW of Oukaïmedene, Morocco
– Шкала Рихтера
– Магнитуда Землетрясения
– Механизм очага землетрясения
– Europe is about to move below Africa
– Seismotectonic model for the High Atlas Mountains.
– Crustal thickness beneath Atlas region from gravity, topographic, sediment and seismic data
– Атласские горы
– A New Southern North Atlantic Isochron Map: Insights Into the Drift of the Iberian Plate Since the Late Cretaceous
– Evidence of Segmentation in the Iberia–Africa Plate Boundary: A Jurassic Heritage?
– Data Services Products: GMV The Ground Motion Visualization
– Azores–Gibraltar Transform Fault
– Topography of the Gibraltar Arc region and main geographic names
– Суперконтинент Пангея и литосферные плиты Земли
– Youssef Timoulali, Nacer Jabour, Youssef Hahou, Mimoun Chourak. Lithospheric structure in NW of Africa: Case of the
Moroccan Atlas Mountains. Geodesy and Geodynamics, 2015, Vol. 6 No 6, 397-408
– Macchiavelli, C.; Vergés, J.; Schettino, A.; Fernàndez, M.; Turco, E.; Casciello, E.; Torne, M.; Pierantoni, P.P.; Tunini, L. A new southern North Atlantic isochron map: Insights into the drift of the Iberian plate since the Late Cretaceous. J. Geophys. Res. Solid Earth 2017, 122, 9603–9626.
