Robotnicy drogowi w kalifornijskim mieście Hayward naprawili przesunięty krawężnik, który był wyraźnym przykładem działalności Hayward Fault. Sejsmolodzy obserwują ten krawężnik od ponad 45 lat. /stronie internetowej/

Słynny krawężnik znajdował się na skrzyżowaniu ulic Rose i Prospect. Stopniowo przesunął się w stosunku do innego krawężnika niż spowodował wielkie zainteresowanie naukowcy. W latach 1974-1979 krawężnik wraz z częścią drogi przesunął się o około dwa centymetry. Z biegiem czasu sąsiednie płyty krawężnikowe całkowicie przestały się stykać.

Jednak władze lokalne postanowiły naprawić drogę i zainstalowały rampę w miejscu zmiany, aby wózki inwalidzkie. Okazało się, że administracja miasta po prostu nie wiedziała o znaczeniu tego miejsca. „Gdybyśmy wiedzieli o zmianie, prawdopodobnie spojrzelibyśmy na krawężnik inaczej, a nawet próbowalibyśmy pomóc naukowcom w udokumentowaniu tego” – powiedział Kelly McAdoo, zastępca burmistrza.

"To jest smutne. To było prawdziwe rozczarowanie. Rzeczywiście, było to niezwykłe mieć tutaj takie dowody przerwy. Teraz naukowcom pozostały tylko zdjęcia, które dokumentują osuwający się chodnik na przestrzeni lat” – napisał na swoim blogu dziennikarz naukowy z Oakland, Andrew Alden.

Ta zmiana najwyraźniej pokazała ruch płyt tektonicznych Pacyfiku i Ameryki Północnej, ale były też inne dowody na aktywność podziemnej. Oprócz przemieszczenia krawężników sejsmolodzy zaobserwowali pęknięcia w asfalcie, rozbieżność kolumn w kolumnadzie stadionu sportowego i inne znaki. Naukowcy zebrali dokładniejsze dane za pomocą precyzyjnych czujników zainstalowanych na granicach usterki.

Badanie przemieszczenia krawężnika było bardzo ważne dla naukowców, ponieważ ruch płyt tektonicznych Pacyfiku i Ameryki Północnej w niedalekiej przyszłości może spowodować silne trzęsienie ziemi. Ponadto przemieszczenie tych płyt spowodowało znacznie groźniejszy uskok – uskok San Andreas. Podczas gdy uskok Hayward zajmuje część ogólnego ruchu między płytami, uskok San Andreas jest główną transformacją graniczną między płytami pacyficznymi i północnoamerykańskimi.

Usterka San Andreas

Ten uskok rozciąga się na 1300 kilometrów wzdłuż wybrzeża Kalifornii, głównie drogą lądową. Uskok sięga w głąb około 16 kilometrów. Grubość płyt litosferycznych wynosi około 100 kilometrów. Dryfują po płynnej lawie, pełzając jeden na drugim, powodując trzęsienia ziemi i inne kataklizmy.

Krawędzie dwóch płyt w uskoku San Andreas wyglądają jak źle dopasowane zęby przekładni. Ocierają się o siebie, a energia tarcia generowana wzdłuż ich granic nie znajduje wyjścia. W miejscach, gdzie ruch płyt jest stosunkowo swobodny, nagromadzona energia jest uwalniana w tysiącach małych wstrząsów. Nie powodują prawie żadnych uszkodzeń i są rejestrowane tylko przez wrażliwe urządzenia.

W innych miejscach płytki są mocno dociskane, a gdy się poruszają, od razu uwalniają potężną energię. Wtedy następują trzęsienia ziemi o sile co najmniej 7 w skali Richtera. Takie trzęsienie ziemi może nastąpić w ciągu najbliższych 50 lat, twierdzą sejsmolodzy. Może spowodować miliardy dolarów szkód i nawet 20 000 zgonów.

podwójna przerwa

San Andreas jest uważane za najbardziej prawdopodobne miejsce kolejnego zdarzenia sejsmicznego w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat. Jednak katastrofa może być bardziej niszczycielska, jeśli działalność San Andreas uderzy w uskok San Jacinto, który przebiega przez San Bernardino, Riverside, San Diego i Imperial County w południowej Kalifornii.

Julianna S. Lozos, adiunkt nauk geologicznych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside ustaliła, że ​​podobne wydarzenie miało miejsce około 200 lat temu. To spowodowało potężny wstrząs, który był odczuwalny na dużym obszarze od Los Angeles po San Diego. Trzęsienie ziemi w San Juan Capistrano o sile 7,5 stopnia, które miało miejsce 8 grudnia 1812 roku, było wynikiem dwóch jednocześnie pękających uskoków, powiedział Lozos.

Wcześniej sądzono, że drżenie było spowodowane uskokiem San Andreas. Jednak symulacje komputerowe wykazały, że trzęsienie ziemi rozpoczęło się dalej na południe - w regionie San Jacinto, a następnie zaangażowało w katastrofę San Andreas. Aktywność dwóch uskoków jednocześnie może być bardzo niebezpieczna dla Kalifornii. Infrastruktura państwa jest budowana z uwzględnieniem wstrząsów spowodowanych jedną usterką. Konsekwencje jednoczesnej przerwy mogą być nieprzewidywalne.

Usterka Cascadii

Uskok Cascadia, który rozciąga się na 900 kilometrów od wyspy Vancouver do północnej Kalifornii, również stanowi poważne zagrożenie dla Stanów Zjednoczonych. Cascadia znajduje się na styku płyty oceanicznej i płyty północnoamerykańskiej. Płyta z oceanu ściska płytę kontynentalną, w wyniku czego corocznie kurczy się o 30-40 mm.

Według sejsmologów prędzej czy później ciśnienie między płytami osiągnie granicę, po czym nastąpi silny nacisk, prowadzący do mega-trzęsienia ziemi o sile od 8,7 do 9,2. Szok wywoła gigantyczną falę, z której część dotrze nawet do Japonii. Jak twierdzą sejsmolodzy, fala może wznieść się na wysokość nawet 30 metrów. Według Amerykańskiej Agencji Zarządzania Kryzysowego (FEMA), Cascadia może spowodować śmierć 13 000 osób.

Sejsmolodzy uważają Cascadię za bardziej niebezpieczną niż San Andreas, ponieważ ruch Cascadii pociągnie za sobą nie tylko trzęsienie ziemi, ale także gigantyczne tsunami. Ponadto 45 lat temu naukowcy nie wiedzieli o istnieniu tej wady. Dlatego Stany Zjednoczone nie są gotowe na tak destrukcyjne wydarzenia. Władze kraju zaczęły prowadzić zakrojone na szeroką skalę ćwiczenia na wypadek katastrofy w strefie subdukcji Cascadia. FEMA planuje je zatrzymać w przyszłości.

Usterka Nowego Madrytu

Północ amerykańskiego stanu Alabama znajduje się w strefie wpływów uskoku Nowego Madrytu. Ta usterka jest około 20 razy większa od San Andreas. Ostatnie trzęsienie ziemi w tej strefie sejsmicznej miało miejsce w 1812 roku. Ostatnio jednak aktywność wzdłuż linii uskoku zaczęła wzrastać.

„Myślę, że większość ludzi wie, że może tu wystąpić trzęsienie ziemi, ale po prostu nie pamiętają, kiedy ostatnio byli wstrząśnięci” – powiedział Gary Patterson, geolog z Memphis Center for Earthquake Research and Information. Trzęsienia ziemi, które miały miejsce wcześniej w tym regionie, były odczuwalne w odległości od 1000 do 1200 kilometrów od epicentrum, zauważył naukowiec.

Według scenariusza FEMA ponad 900 osób w Alabamie może zostać dotkniętych trzęsieniem ziemi o sile 7,7. Ogółem w USA może ucierpieć 86 tys. mieszkańców. Symulacje komputerowe oparte na trzęsieniu ziemi w 1812 roku wykazały, że w ciągu następnych 50 lat możliwe jest powtórzenie tego samego zdarzenia sejsmicznego.

Najdłuższy i najbardziej aktywny uskok tektoniczny na świecie, San Andreas, znajduje się na równinie Carrizo w Kalifornii w USA.

W niektórych miejscach San Andreas jest widoczny jako wąwóz, w innych jest prawie niewidoczny. Ale szczególnie dobrze odróżnia się od powietrza lub na równinie Carrizo.

1. Legendarny uskok San Andreas powstał w wyniku zderzenia płyt litosferycznych Pacyfiku i Ameryki Północnej. Jako ich granica, uskok pochodzi z Meksyku, przecina stan z południa na północ, mijając Los Angeles przez San Bernardino i wpada do oceanu tuż pod San Francisco

2. Uskok ma co najmniej 16 km głębokości i 1280 km długości (ze wschodu na południe Kalifornii). Wszystkie trzęsienia ziemi występują wzdłuż tej granicy.

3. Płyty litosferyczne poruszają się bardzo wolno, ale nie w sposób ciągły. Ruch płytek następuje w przybliżeniu w tempie wzrostu ludzkich paznokci - 3-4 centymetry rocznie. Ruch ten można zaobserwować na drogach przecinających uskok San Andreas, z przesuniętymi znakami drogowymi i śladami regularnej naprawy nawierzchni widocznej na uskoku.

4. W regionie San Gabriel Mountains na północ od Los Angeles asfalt ulic czasami pęcznieje - to siły gromadzące się wzdłuż linii uskoku, napierające na pasmo górskie. W efekcie po zachodniej stronie skały ulegają kompresji i kruszeniu, tworząc rocznie do 7 ton odłamków, które coraz bardziej zbliżają się do Los Angeles.

5. Jeśli napięcie warstw nie zostanie rozładowane przez długi czas, ruch następuje nagle, z ostrym szarpnięciem. Stało się to podczas trzęsienia ziemi w San Francisco w 1906 roku, kiedy „lewa” część Kalifornii przesunęła się względem „prawej” o prawie 7 metrów w pobliżu epicentrum.

6. Zmiana zaczęła się 10 kilometrów pod dnem oceanu w rejonie San Francisco, po czym w ciągu 4 minut impuls zmiany rozprzestrzenił się na 430 kilometrów uskoku San Andreas - od wioski Mendocino do miasta San Juan Bautista. Trzęsienie ziemi miało 7,8 w skali Richtera. Całe miasto zostało zalane.

7. Do czasu wybuchu pożarów ponad 75% miasta zostało już zniszczone, 400 bloków miejskich leżało w ruinie, w tym centrum.

8. Dwa lata po tym, jak rozpoczęło się niszczycielskie trzęsienie ziemi w 1908 roku badania geologiczne które trwają do chwili obecnej. Badania wykazały, że w ciągu ostatnich 1500 lat poważne trzęsienia ziemi występują w uskoku San Andreas mniej więcej co 150 lat

9.

Sejsmolodzy są dobrymi obserwatorami. Wraz z pojawieniem się nowej generacji instrumentów geofizycznych i metod przetwarzania danych, potrafią nie tylko przechwycić wszystkie wibracje wywołane trzęsieniami ziemi, ale także usłyszeć każdy tektoniczny jęk czy skrzypienie naszej planety. Pod tym względem szczególnie niepokojące są obszary na granicach płyt tektonicznych, które przez długi czas pozostają „ciche” i nie promieniują nawet słabym sejsmicznym szeptem.

Wzdłuż uskoku San Andreas w środkowej i południowej Kalifornii jest kilka takich miejsc, których uparte milczenie pozostaje dla specjalistów nieustanną tajemnicą. W artykule opublikowanym w tym tygodniu w czasopiśmie naukowym Science sejsmolodzy Yongl Jiang i Nadia Lapusta z Kalifornijskiego Instytutu Technologii zaproponowali nowy model, wyjaśniając to nietypowe milczenie w niektórych odcinkach uskoku.

Aby zrozumieć ich argumenty, warto najpierw opisać naturę San Andreas i mechaniczne zachowanie skorupy ziemskiej na całej jej długości. Uskok biegnie przez Kalifornię, łącząc dwa podwodne grzbiety śródoceaniczne, w których aktywność wulkaniczna tworzy nowe dno oceanu. Jeden grzbiet znajduje się na Przylądku Mendocino, a drugi w Zatoce Kalifornijskiej na kontynencie Meksyku.

Na całej swojej długości San Andreas przecina skorupę kontynentalną, składającą się ze skał. Różne wieki, struktury i cechy geologiczne. W wyniku tej niejednorodności różne segmenty uskoku reagują w różny sposób na przesunięcia tektoniczne w płytach Pacyfiku i Ameryki Północnej. W niektórych obszarach San Andreas porusza się równolegle z ruchem płyt, a w innych blokuje się na kilkadziesiąt lat, po czym uwalnia nagromadzony nacisk z umiarkowanymi lub silnymi wstrząsami.

Z jednej strony taką zmienność można nazwać korzystną dla ludzi mieszkających wzdłuż San Andreas, ponieważ w przypadku katastrofalnego trzęsienia ziemi jest mało prawdopodobne, aby skorupa ziemska przesunęła się na całej długości 1300 km uskoku. Ale z drugiej strony ta nierówność znacznie komplikuje prognozy sejsmologów.

Z reguły trzęsienia ziemi wzdłuż San Andreas występują na płytkich głębokościach (około 10-12 km), gdzie skorupa ziemska składa się głównie z kruchych skał – kwarcu i skalenia. W miejscach uskoków, które generują regularne wstrząsy, ten delikatny region jest źródłem ciągłych mikrosejsmów - niewielkich trzęsień ziemi o sile poniżej 2,0 w ​​skali Richtera. Ale w tych segmentach, w których trzęsienia ziemi występują dość rzadko, mikrosejsmy są całkowicie nieobecne.

Należy zauważyć, że te ciche segmenty odpowiadają obszarom, które w historycznej i prehistorycznej przeszłości spowodowały bardzo silne i energetyczne trzęsienia ziemi. Należą do nich na przykład trzęsienie ziemi w Fort Tejon o sile 7,8 w 1857 r., które jest porównywalne z niesławnym trzęsieniem ziemi w San Francisco w 1906 r.

Według Jianga i Lapusta cisza w niektórych rejonach San Andreas wynika z faktu, że w tych miejscach skorupa ziemska jest rozdarta na znacznie większą głębokość niż wcześniej sądzono. W związku z tym trzęsienia ziemi występują tutaj 3-5 km poniżej strefy sejsmogenicznej, to znaczy nie w kruchym skaleniu, ale w bardziej giętkich i cieplejszych warstwach ziemi, dlatego wytwarzają nie mikrosejsmiczny „ryk”, ale ciche, lepkie fale.

Jeśli model Jianga i Lapusty jest poprawny, to jest to dzwonek alarmowy dla sejsmologów, ponieważ oznacza to, że obszary uskoków, które generują ciągłe mikrosejsmy, są mniej niebezpieczne niż ciche segmenty, które gromadzą ciśnienie przez stulecia. Nadal nie jest jasne, dlaczego te konkretne obszary powodują rzadkie, ale bardzo silne trzęsienia ziemi, ale autorzy badania uważają, że mają one niezwykle jednolitą siłę tarcia, dlatego w przypadku przesunięcia są rozdzierane z przerażającą integralnością.

Uskok San Andreas po raz pierwszy przyciągnął uwagę geologów kalifornijskich w 1890 r. Argumentowano, że nazwa „Uskok San Andreas” została wprowadzona w 1895 r. (artykuł Lawsona; Crowell, 1962). Stało się to około 10 lat po odkryciu uskoku podłużnego Mediany w Japonii.

Jednak dopiero po trzęsieniu ziemi w San Francisco w 1906 r. usterka szybko stała się powszechnie znana. Wzdłuż linii uskoku przebiegającej przez zachodnie obrzeża miasta w odległości około 430 km pojawiły się przemieszczenia dochodzące do 7 m. Pojawienie się tego uskoku sejsmicznego dowiodło po raz pierwszy, że przemieszczenie trwa na północ od San Francisco. Wcześniej znajdował się tylko na południe od miasta, w odległości około 600 km.

Biorąc pod uwagę fakt, że ruch był nagły, powszechnie uważano, że trzęsienie ziemi z 1906 r. było spowodowane ruchem uskoków. Jednak w 1911 roku Reid, na podstawie dokładnych pomiarów wykonanych w strefie uskoku, zaproponował teorię odrzutu sprężystego, aby wyjaśnić mechanizm inicjacji trzęsienia ziemi i przemieszczania się wzdłuż uskoku. Zaproponowany przez niego model pary sił został przyjęty jako mechanizm źródłowy, który w latach 60. został zastąpiony modelem podwójnej pary sił. Jednak do wyjaśnienia mechanizmu powstawania uskoków sejsmicznych nadal stosuje się teorię Reida o odrzutu sprężystym.

Zdarzenie sejsmiczne z 1906 r., podczas którego ruchy odbywały się wzdłuż zwykłego uskoku, doprowadziły do ​​powstania pojęcia i terminu „uskok czynny”. Geomorfolodzy wciąż badają wyraźne cechy topograficzne obserwowane wzdłuż uskoku w celu zbadania rzeźby utworzonej przez aktywne przesunięcie.

Uwagę geologów zwrócił fakt, że przemieszczenia wzdłuż uskoku podczas trzęsienia ziemi były poziome. Dalsze badania wykazały, że z biegiem czasu geologicznego po obu stronach uskoku wystąpiły kilkukilometrowe przemieszczenia poziome. W 1953 roku Hill i Dibbly stwierdzili, że od kredy przemieszczenie to przekroczyło 500 km. Niemal jednocześnie wysunięto hipotezę, że skały po obu stronach uskoku alpejskiego w Nowej Zelandii doświadczyły przemieszczenia poziomego o około 450 km. W latach pięćdziesiątych geolodzy na całym świecie zaczęli zwracać uwagę na tak duże uskoki poślizgowe lub boczne. Artykuł Moody's, który twierdzi, że przesunięcia leżą u podstaw wszystkich znanych struktur geologicznych na świecie, jest typowy dla tego czasu. W latach 60. San Andreas zaczął być postrzegany jako przykład błędów transformacji (Wilson, 1965). Stał się probierzem koncepcji tektoniki płyt.

Nazwa „aktywna” nadana uskoku San Andreas nie oznaczała, że ​​na jego terenie codziennie dochodziło do drobnych ruchów. Oznacza to raczej prawdopodobieństwo, że pewnego dnia może wystąpić wzdłuż niego ruch, jak miało to miejsce w 1906 roku. Jednak później w południowej części San Francisco odkryto obszar, w którym uskok jest dosłownie aktywny, a ruch wzdłuż niego jest ciągły . Na posadzce i ścianach winnicy, znajdującej się bezpośrednio nad uskokiem, pojawiły się pęknięcia nawet wtedy, gdy nie zaobserwowano żadnej szczególnej aktywności sejsmicznej. W 1960 roku stwierdzono, że te niezwykłe zjawiska odzwierciedlają ruch wzdłuż uskoku, jak zostało to odnotowane w środowisku akademickim. To właśnie na przykładzie uskoku San Andreas geolodzy dowiedzieli się, że ciągły ruch może faktycznie istnieć jako rodzaj uskoku. Zjawisko to nazwano „pełzaniem tektonicznym” (pełzanie tektoniczne). Później zaobserwowano to również w strefie uskokowej północnej Anatolii w Turcji.

Tym samym uskok San Andreas i jego działalność wywarły znaczący wpływ na rozwój nauk o Ziemi. W tym rozdziale skupimy się głównie na jego cechach geologicznych.

Rozkład i struktura błędów

Na ryc. 2.II.1 przedstawia ogólny układ uskoku San Andreas. Od Point Arena, 100 mil na północ od San Francisco, biegnie w prawie prostej linii na południowy wschód od San Francisco. Dalej przecina Pasma Nadbrzeżne i przekraczając Pasma Poprzeczne dochodzi do obniżenia, w którym znajduje się jezioro. Morze Saltona. Na północy, w pobliżu Point Arena, uchodzi do morza, a w rejonie Shelter Cove, na południe od przylądka Mendocino, zmienia kierunek na podrzędny, przechodząc w dużą strefę zgniatania (strefa pęknięcia Mendocino) na dnie Oceanu Spokojnego . Południowy kraniec uskoku rozciąga się do Meksyku, gdzie łączy się z wzniesieniem wschodniego Pacyfiku w południowej Zatoce Kalifornijskiej. Długość uskoku tylko na lądzie (od Shelter Cove do północnych brzegów Zatoki Kalifornijskiej) wynosi około 1300 km. Jej kierunek na mapie jest na ogół z północnego zachodu na południowy wschód, ale na północy Pasm Poprzecznych, na północ od Los Angeles, staje się prawie dokładnie równoleżnikowy, a linia uskoku tworzy zauważalny zakręt. Na tym obszarze stwierdzono ponadto kilka innych dużych uskoków, które rozciągają się w kierunku północno-wschodnim – południowo-zachodnim. Komplikuje się tutaj budowa geologiczna i topografia głównego uskoku. Ten segment nazywa się Big Bend (Big Bend). Na północy i na południe od niego różni się nie tylko uderzenie generalne uskoku, ale na południu rozgałęzia się on na kilka dużych uskoków. Przemieszczenie kompleksów geologicznych wzdłuż uskoku na południu jest zdecydowanie mniejsze niż na północy.

Bezpośrednio na północny zachód od Big Bend leży słynna równina Carrizo, półpustynny basen międzygórski. Wzdłuż jego północnego obrzeża znaleziono kilka doskonałych przykładów ukształtowania terenu związanego z uskokami. Dalej na północ uskok pojawia się na nizinach położonych wokół Zatoki San Francisco, rozciągających się na równinach między grzbietami Diablo i Gabilan. Tutaj uskoki Calaveras i Hayward rozgałęziają się na północ. Niedaleko tego miejsca znajduje się miasteczko Hollister, na ulicach którego kamienne ściany domów zakrzywiają się tektonicznym osunięciem. Na północ od Hollister uskok przecina wzgórza, które ograniczają zachodnią krawędź Niziny Zatoki San Francisco, rozciągając się dalej na północ wzdłuż dno morskie w odległości około 10 km na zachód od Złotej Bramy. międzynarodowe lotnisko San Francisco znajduje się zaledwie kilka kilometrów na wschód od uskoku San Andreas. Podczas lądowania lub startu można zaobserwować spektakularne, liniowe, zbliżone do uskoku formy terenu i jeziora. San Andreas, leżące na winy i nadając mu swoją nazwę.

W południowej Kalifornii, na południe od Big Bend, uskok San Andreas na zachód od Los Angeles rozwidla się w uskok zakazu i uskok Mission Creek. Dalej na zachód inne uskoki (San Gabriel i San Jaquinto) biegną prawie równolegle. Morze Salton, którego wschód przecina uskok San Andreas, to długi, wąski pas poniżej poziomu morza; ma wiele cech związanych z uskokami, jak płytkie stożki wulkaniczne i gorące źródła. Ta nizina ciągnie się na południe do Zatoki Kalifornijskiej.

Jak już wspomniano, uskokowi San Andreas towarzyszy szereg podobnych uskoków, które przebiegają niemal równolegle. Są one zwykle traktowane razem i określane jako „system uskoków San Andreas”.

Chociaż diagramy w małej skali (patrz Rys. 2.II.1) pokazują uskok San Andreas jako pojedynczą linię, bardziej szczegółowe mapy (w skali 1:250 000 lub 1:50 000) pokazują, że składa się on z kilku linii . Generalnie tworzą one strefę uskokową o szerokości kilku kilometrów (opisany wcześniej system uskokowy jest kombinacją stref uskokowych). W strefie uskoku stwierdzono szereg łusek soczewkowatych (ryc. 2.II.2). Substancja, z której się składają, często różni się od otaczającej skały. Ich powstawanie wiąże się z ruchem wzdłuż uskoku, co powoduje oddzielanie się i przesuwanie skał po obu jego stronach. Uważa się, że rozwój tego typu stref uskokowych wynika z faktu, że utworzona w skale powierzchnia poślizgu (płaszczyzna uskoku) z jakiegoś powodu okazuje się nieaktywna, aw pobliżu tworzą się nowe płaszczyzny poślizgu. Ogólnie rzecz biorąc, strajk winy na wczesnym etapie działalności nie będzie dokładnie równoległy do ​​strajku generalnego i może być bardzo zakrzywiony. Natomiast linie uskoków aktywne w czwartorzędzie są stosunkowo proste. Opierając się na tych faktach, istnieje pogląd, że starożytne uskoki rozwinęły się w sposób echelonowy, w późniejszej fazie ruchu są połączone, a na ostatnim etapie pojawia się płaska linia uskoku. Istnieje jednak inna hipoteza, która przypisuje te różnice mechanicznej niejednorodności skał sąsiadujących z uskokiem, jak pokazano na ryc. 2.II.3 (Rogers, 1973). Hipoteza ta uwzględnia kolejność, w której następuje zlokalizowana deformacja plastyczna skał w wyniku ich odmiennych właściwości. Prowadzi to początkowo do wygięcia pierwotnej linii przełomu, później do wzrostu oporów tarcia na odcinku zakrzywionym, a w końcu do powstania nowej prostej linii pęknięcia o stosunkowo małych oporach tarcia. Ponadto może dojść do zapadnięcia się i zapadnięcia warstw osadowych osadzonych w strefie uskokowej w wyniku ich pionowego przemieszczenia towarzyszącego ścinaniu. W każdym razie uskok San Andreas ma dobrze rozwiniętą szeroką strefę uskokową, wskazującą na złożoną historię rozwoju.

Skały w bezpośrednim sąsiedztwie płaszczyzny uskoku pod wpływem ruchów wzdłuż niej są często intensywnie łupkowe, kruszone i połamane pęknięciami, co widać zarówno gołym okiem, jak i pod mikroskopem. Takie skały są uważane za ogólną nazwę „skały kataklastyczne”. Gdy ruchy ścinające wzdłuż uskoku zachodzą stosunkowo głęboko, pod działaniem wysokiego ciśnienia ograniczającego (ciśnienia ograniczającego), skały pozostają nienaruszone zewnętrznie, ale badanie mikroskopowe ujawnia, że ​​doświadczyły one wewnętrznego kruszenia. W warunkach niskiego ciśnienia geostatycznego spękane skały stają się stopniowo gliniaste i pojawiają się „żłobienia uskokowe” lub „mopsy uskokowe”. Wiadomo, że taka glina cierna często powstaje wzdłuż linii uskoków aktywnych w czwartorzędzie w strefie uskokowej San Andreas.

Na podstawie obserwacji płaszczyzn uskokowych w obrębie strefy uskokowej oraz z jej liniowego rozkładu można stwierdzić, że upad uskoku San Andreas jest w rzeczywistości subwertyczny. Szczegółowe badania sejsmiczne wykazały, że podziemne mikro-trzęsienia ziemi rozprzestrzeniają się w płaszczyźnie, podążając za strefą uskoku, i że ta płaszczyzna jest subwertykalna. Pochodzenie tych mikrotrzęsień ziemi jest ograniczone do głębokości 10-20 km lub mniej. Głębiej nie występują żadne trzęsienia ziemi i prawdopodobne jest, że względne przemieszczenie obu stron uskoku na głębokości zostanie zastąpione odkształceniem plastycznym.

Ruchy wzdłuż uskoku w okresie paleogenu-neogenu i pre-paleogenu

W 1953 roku Hill i Dibbly opublikowali ważny artykuł naukowy na temat uskoku San Andreas. Korzystając z doświadczenia Dibbly'ego, który prowadził badania geologiczne, oraz dostępnych wówczas danych, doszli do wniosku, że im starsze warstwy wzdłuż uskoku, tym większe powinno być ich przemieszczenie w prawo, a także jego wartość dla osadów kredowych. warstwy osiągają 500 km. Informacje o wieku i stopniu przemieszczenia różnych warstw stały się później dokładniejsze i obecnie praktycznie nikt nie kwestionuje istnienia prawostronnego przemieszczenia 300 km lub więcej, które miało miejsce od miocenu do chwili obecnej.

Wykonano wiele pracy w celu zbadania przemieszczeń warstw epoki paleogenu-neogenu i kredy (ryc. 2.II.4). Najliczniejsze i najbardziej wiarygodne dane dotyczą przemieszczeń w skałach mioceńskich. Po obu stronach uskoku rozległe są osady morskie i kontynentalne różnych faz miocenu. Wszystkie antyczne cechy geograficzne tych warstw, takie jak kształt basenów sedymentacyjnych, miąższość i rozmieszczenie osadów, facja sedymentacyjna, zwłaszcza rozmieszczenie warstw morskich i kontynentalnych, co daje wyobrażenie o starożytności linia brzegowa, podobnie jak rozmieszczenie fauny kopalnej, typowych kamyczków czy piasków zawartych w osadach, są nienaturalnie przerwane wzdłuż linii uskoku (Addicott, 1968; Huffman, 1972). Jeśli przesuniemy te skały z powrotem wzdłuż linii uskoku i połączymy je, wówczas mioceńskie skały wulkaniczne na wschód od Big Bend zbiegną się z rozwojem podobnych mioceńskich skał wulkanicznych w paśmie Gabilan, na południe od San Francisco. Te skały wulkaniczne nie tylko przypominają się nawzajem pod względem cech petrologicznych i sukcesji stratygraficznej, ale także są identyczne pod względem wieku radiometrycznego i pierwiastków śladowych. Badanie to pozwoliło z całą pewnością ustalić, że na przełomie 23,5 mln lat temu nastąpiło prawostronne przesunięcie na odległość około 310 km, 22 mln lat temu - około 295 km, a 8-12 mln lat temu - 240 km.

Ponadto podjęto próby rekonstrukcji ustawień paleogeograficznych dla warstw eocenu i kredy. Ustalono, że na przełomie 44-49 mln lat temu przesunięcie w prawo nastąpiło w odległości około 305 km (Clark i Nilson, 1973), a od osadzania się warstw kredowych – w odległości około 500 km. Zauważono, że wielkość przesunięcia, która wyniosła około 305 km w okresie 44-49 Ma, jest z możliwym błędem prawie równa wielkości przesunięcia, która wynosiła około 310 km w ciągu 23,5 Ma. . Przedkredowe odległości poślizgu wyznaczono na podstawie pozornych przemieszczeń przedkredowych granitowych skał podłoża (bloki solankowe) powstałych po zachodniej stronie uskoku w stosunku do podobnych skał podłoża po wschodniej stronie (około 500 km), ale dokładne dane nie są jasne. Wynika to z faktu, że północne granice bloków Saline, na zachód od Bogueda Head, 70 km na północ od San Francisco, nie zostały jeszcze dokładnie ustalone. To samo dotyczy sytuacji po wschodniej stronie, skąd migrowali. Jednak wyniki ostatnich badań stosunków izotopowych Sr w blokach salińskich wskazują na przesunięcie o około 510 km, co jest w pełni zgodne z dotychczasowymi obliczeniami.

Na ryc. 2.II.5 przedstawia przemieszczenia skał w różnych okresach czasu. Z wykresu wynika, że ​​w okresie od 50 do 20 milionów lat (eocen - wczesny miocen) wzdłuż uskoku San Andreas nie było prawie żadnej aktywności. Odżyła między 20 a 10 milionami lat temu i trwa do dziś, z rosnącym tempem przemieszczeń.

W rzeczywistości wszystkie rozważane wcześniej dane uzyskano z obszaru położonego na północ od Big Bend. Na południe od zakrętu eksploracja jest poważnie utrudniona przez rozwój równoległych lub nawet lewoskrętnych uskoków uderzeniowych ześlizgujących się prawie pod kątem prostym do głównego uskoku, z których każdy ma własną historię rozwoju (Crowell, 1973). Należy jednak zauważyć, że na południe od Big Bend przesunięcie w prawo o około 300 km ustalono dopiero od czasów formacji mioceńskich i nie uzyskano żadnych dowodów na wcześniejsze przesunięcie. W południowej Kalifornii formacje mioceńskie znalezione na południowy zachód od Big Bend (w pobliżu Tejon) wraz z pre-trzeciorzędowymi skałami piwnicznymi wzdłuż uskoków San Andreas i San Gabriel, które biegną równolegle na zachód (Crowell, 1962, 1973), zostają przesunięte do na południe na odległość około 260 km (do gór Orokopia). Ponieważ przedtrzeciorzędowe skały podłoża zawierające skały prekambryjskie są porównywalne w obu obszarach, aktywność wzdłuż tych uskoków prawdopodobnie rozpoczęła się w trakcie lub po depozycji utworów mioceńskich (około 12 mln lat temu).

Podsumowując powyższe, należy zauważyć, że uskok San Andreas w południowej Kalifornii pojawił się najwyraźniej stosunkowo niedawno, a całkowite przemieszczenie wzdłuż niego jest tylko o połowę obserwowane na północ od Big Bend (500-600 km). Dlatego wielu badaczy uważa, że ​​inne uskoki były kiedyś aktywne w południowej Kalifornii, a nie obecny uskok San Andreas, i że to wyjaśnia brak 200-300 km wielkości przemieszczenia. Na przykład Sappé uważał, że uskok Newport-Inglewood w pobliżu Los Angeles (patrz ryc. 2.II.1) w paleogenie był kontynuacją uskoku San Andreas, położonego na północ od Big Bend, i nastąpiło brakujące przemieszczenie 300 km tam. Sappé nazwał to uskokiem „proto-San Andreas” i zbudował rekonstrukcję, w której przesunął zachodnie przedkredowe bloki soli fizjologicznej wzdłuż tego uskoku na południe od wschodniej krawędzi (patrz rozdział VI, ryc. 2.VI.2).

Ruchy czwartorzędowe wzdłuż uskoku

Wspomnieliśmy wcześniej, że część San Andreas jest obecnie w ciągłym ruchu. Dokładne pomiary wskazują na średnią roczną prędkość kilku centymetrów (5 cm lub mniej), różniącą się w zależności od miejsca i czasu. W ciągu ostatnich 60 lat średnia prędkość ruchu w południowej części Hollister, jak można wywnioskować z poziomego przemieszczenia starych ogrodzeń na farmach itp., nie przekraczała 2 cm/rok. Tego rodzaju pełzanie uskoków nie występuje dalej na południe na Nizinie Carrizo ani w okolicach Big Bend. Jednak liczne dowody topograficzne, a mianowicie krzywe doliny, przesuwające się rzeki i przesuwające się podczas wielkiego trzęsienia ziemi z 1857 roku (przesunięcie w prawo o około 10 m), sugerują, że przesunięcie uskoków w tych obszarach występuje tylko podczas dużych trzęsień ziemi, takich jak w 1857 roku, które zdarzają się raz na kilkaset lat. Jeśli tak rzadkie duże przemieszczenie związane z trzęsieniem ziemi zostanie uśrednione w czasie, wówczas szybkość ścinania wzdłuż uskoku nadal wynosi 2-4 cm rocznie, co jest bardzo podobne do szybkości przemieszczeń w obszarach poślizgu tektonicznego.

Te szybkości ścinania są mniejsze niż szybkość poślizgu poziomego (około 5 cm/rok) oczekiwana na podstawie szybkości odkształcenia poziomego w strefie uskoku, jak określono na podstawie pomiarów geodezyjnych. Są one również mniejsze niż względne tempo rozprzestrzeniania się płyt Pacyfiku i Ameryki, które obliczono na podstawie tempa rozprzestrzeniania się dna oceanicznego w Zatoce Kalifornijskiej (około 6 cm/rok). Jak pokażemy poniżej, prawdopodobnie dzieje się tak dlatego, że na San Andreas wpływa tylko ułamek względnego przemieszczenia dwóch płyt. brakująca część przemieszczenie jest realizowane poprzez przemieszczenia wzdłuż innych uskoków i przekształca się w deformację skorupy ziemskiej na rozległym terytorium, które opanowało zachodnie obrzeża kontynentu amerykańskiego od zachodniej Kalifornii przez góry Sierra Nevada do prowincji Basins and Ranges na wschodzie. Jeżeli badania geologiczne wykażą połączenie warstw różnych wieków wzdłuż uskoku, łatwiej nam założyć, że jest to spowodowane przemieszczeniem się bloków piwnicznych w górę iw dół po obu stronach uskoku. Jednak taka pozycja może wystąpić bez żadnego przemieszczenia w górę lub w dół, ponieważ warstwy nie są nieskończone w kierunku poziomym, a ponadto nie są poziome. Jest całkiem możliwe, że zajmą pozycję przeciwko warstwom w różnym wieku po prostu w wyniku przemieszczenia się wzdłuż uderzenia. „Horyzontaliści” zwracali na to uwagę w związku z historią uskoku San Andreas (Hill and Dibbly, 1953; Crowell, 1962).

W rzeźbie powstałej wzdłuż uskoku San Andreas istnieją wiarygodne oznaki, że na niektórych obszarach, przynajmniej w czwartorzędzie, doszło do przemieszczenia pionowego. Można jednak powiedzieć, że uskok ten jest niemal doskonałym makroskopowym przykładem ścinania o długim czasie życia. Pomimo długich okresów czasu geologicznego, które minęły od tego czasu, wydaje się, że warstwy, które w tym samym czasie utworzyły się w niemal identycznych warunkach depozycji, znajdują się obecnie na mniej więcej tej samej wysokości, nawet jeśli są przesunięte poziomo o 300 km lub jeszcze.

W wyniku przesunięć, jakie miały miejsce w czwartorzędzie, wzdłuż linii uskoku utworzyły się liczne duże i małe obniżenia i wysoczyzny. Śledząc te formy terenu wzdłuż linii uskoku, łatwo zauważyć, że kierunek przemieszczeń pionowych zmienia się w niewielkiej odległości. Na przykład w dolinie Carrizo długie wąskie wzgórza wzdłuż linii uskoku, powstałe w wyniku względnego podniesienia południowo-zachodniej linii uskoku, stopniowo zmniejszają się na przestrzeni kilkuset metrów ze znacznym gradientem uderzenia, podczas gdy ściana północno-wschodnia, na przeciwnie, staje się podniesiony. U podnóża takich wzniesień, na linii uskoku, często znajdują się zagłębienia łęgowe, ale w niewielkiej odległości stają się płytkie, wąskie i znikają wśród pagórków. Uważa się, że pochodzenie takich zmieniających znaki form terenu wzdłuż prawie idealnego ścinania tłumaczy się tym, że w przypadku ścinania wzdłuż płaszczyzny uskoku, która nie jest idealnie równa w sensie geometrycznym, zlokalizowane wydłużenia i ściskania występują w obszarach zakrzywionych skorupy ziemskiej, powodując powstawanie odpowiednio opuszczonych i podwyższonych form powierzchniowych. W Nowej Zelandii poważnie zbadano fakt, że położenie takich pionowych przesunięć wzdłuż linii ścinania nie jest jednolite ani w przestrzeni, ani w czasie; jest uważany za jeden z charakterystyczne cechy zmiany.

Uskok San Andreas jako granica płyty

Na mapach świata przedstawiających płyty litosferyczne uskok San Andreas jest pokazany jako granica między płytami pacyficznymi i amerykańskimi. Pasiasty układ anomalii magnetycznych na dnie Oceanu Spokojnego u wybrzeży Kalifornii na południe od strefy zgniotu Mendocino wskazuje, że wiek dna oceanu zmniejsza się w miarę zbliżania się do Kalifornii. Dlatego grzbiet oceaniczny, w którym powstało to dno oceanu, prawdopodobnie zniknął już pod kontynentem amerykańskim. Można przypuszczać, że pozostałością tego grzbietu oceanicznego są podwodne grzbiety Gorda i Juan de Fuca u wybrzeży północnej Kalifornii oraz Wschodni Pacyfik, który rozciąga się od południa do Zatoki Kalifornijskiej. W tym sensie uskok San Andreas jest uskokiem transformacyjnym łączącym dwa północne i południowe grzbiety oceaniczne (Wilson, 1965; Atwater, 1970).

Wiek dna oceanicznego graniczącego z kontynentem amerykańskim u wybrzeży Kalifornii jest największy (29 milionów lat temu) na przylądku Mendocino w strefie północnej części uskoku San Andreas. Na południu stopniowo młodnieje, aw Zatoce Kalifornijskiej w Meksyku ma zaledwie około 4 mln lat. Uważa się zatem, że grzbiet oceaniczny, z którego powstało to dno, poruszając się od zachodu, wszedł w kontakt ze strefą subdukcji wzdłuż głębokiego koryta u wybrzeży Kalifornii w pobliżu przylądka Mendocino około 29 milionów lat temu, został wchłonięty przez to koryto i zniknął pod kontynentem amerykańskim. W tym czasie kierunek grzbietu (podwodny) i wykopu (północny zachód – południowy wschód) nie były równoległe (ryc. 2.II.6), w związku z czym grzbiet zapadł się od północy. W rezultacie wykop zamienił się w uskok transformacyjny (uskok San Andreas). (W geometrii tektoniki płyt powinno to mieć miejsce w sytuacji pokazanej na rys. 2.II.6). W ten sposób uskok przekształcenia rozprzestrzenił się na południe, zastępując rów oceaniczny i dotarł do Zatoki Kalifornijskiej około 4 milionów lat temu.

Te wnioski, wyciągnięte z badań płyty oceanicznej, oznaczają, że narodził się uskok San Andreas, a przemieszczanie się wzdłuż niego rozpoczęło się około 29 milionów lat temu. Południowo-zachodnia krawędź uskoku również była prawdopodobnie płytą oceaniczną. Jednak żadne z rozważań nie są zgodne z danymi geologicznymi dotyczącymi kontynentu, które omówiliśmy powyżej. Jak można je wyjaśnić? Wyjaśnienie dostarczone przez Atwater i Garfunkela jest następujące. Uskok transformacji, który zaczął się rozwijać u wybrzeży Kalifornii 29 milionów lat temu, nie był samym uskokiem San Andreas. Usterka poprzedzająca współczesność istniała do tego czasu na kontynencie amerykańskim, a przemieszczenie wzdłuż niej było prawoskrętne. 29 mln lat temu blok lądowy (obszary kropkowane na ryc. 2II.6, c i d) między wspomnianym nowo powstałym uskokiem przekształcenia (poślizg na ryc. 2.II.6, c i d) a istniejącym uskokiem San Andreas stopniowo łączył się z uskokiem transformacji przybrzeżnej i zaczął poruszać się wraz z płytą Pacyfiku. Względne przemieszczenie płyty amerykańskiej w tym czasie występowało głównie wzdłuż wschodnich krawędzi tego bloku, a mianowicie wzdłuż współczesnego uskoku San Andreas. Począwszy od miocenu i później tempo prawostronnego przemieszczenia wzdłuż San Andreas wzrastało (ryc. 2.II.5) ze względu na fakt, że stopień adhezji uskoku transformacji do wschodniego brzegu bloku kontynentalnego wzrosła z czasem. Ponieważ moment przekształcenia rowu oceanicznego w uskok transformacyjny nastąpił bezpośrednio po wchłonięciu grzbietu, granica płyt była wciąż gorąca i miękka i przesuwała się wzdłuż osi rowu. Z czasem jednak ostygła i stwardniała, a ruch stał się tak trudny, że przemieszczenie zaczęło następować głównie wzdłuż istniejącego osłabienia na kontynencie, a mianowicie wzdłuż uskoku San Andreas.

Tak więc ogólny obraz ruchu wzdłuż uskoku San Andreas, przynajmniej po połowie okresu trzeciorzędu, jest podobny do obrazu względnego przemieszczenia dwóch płyt, amerykańskiej i pacyficznej, które stanowią część płyty świata. system.

Na innych kontynentach znanych jest kilka innych dużych poślizgów klasy uskoków San Andreas (1000 km). Większość z nich jest aktywna i dobrze utrwalona topograficznie na zdjęciach satelitarnych. Głównymi przykładami Pasa Pacyfiku są uskoki Denali na Alasce (o długości około 2000 km, z przesunięciem w prawo 400-700 km), uskok podłużny środkowy w Japonii (około 1000 km, przesunięcie w prawo) , filipińska strefa uskoków (około 1300 km długości, z przesunięciem w lewo), Wielka strefa uskoków sumatrzańskich na około. Sumatra (około 800 km, wyporność prawostronna), uskok alpejski w Nowej Zelandii (około 1000 km, wyporność prawostronna około 450 km), uskok Atacama w Chile (około 800 km, wyporność prawostronna) itp. W Eurazji uskok Altyntag może (długość około 1500 km, odsunięcie w lewo) na terytorium ChRL, wraz z uskokiem Talas-Fergana w obwodzie kirgisko-kazachstańskim ZSRR (długość 900 km, odsunięcie w prawo 250 km ); Uskoki Heratu (1100 km lub więcej, przesunięcie prawoskrętne), Chamen (długość 800 km, przesunięcie lewostronne 500 km) oraz uskok północnoanatolijski w Turcji (długość 900 km, przesunięcie prawoskrętne).

Majestatyczne, wyraźne linie proste wcięte w powierzchnię Ziemi - to właśnie te uskoki pojawiają się na zdjęciach satelitarnych. Jednym z zadań nauk o Ziemi powinno być wyjaśnienie pochodzenia tych przesunięć z przemieszczeniem poziomym o setki kilometrów.