podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
SEISMOLOGIE
A
SEISMOTEKTONIKA
část 9.: Seismicita deskových rozhraní
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.1: Recentní desková rozhraní
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V 60.letech minulého století byla zformulována teorie deskové
tektoniky (Harry Hess a Robert Dietz), která vychází z Wegenerových
představ o pohybech kontinentů z let 1910 až 1912. Globální
distribuce zemětřesení je tedy od 60.let minulého století interpretována
ve vztahu k deskové tektonice.
Alfred Lothar Wegener
(1880-1930)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Ještě před přijetím teorie deskové tektoniky byly nalézány další
doklady její platnosti. Např. v roce 1931 publikuje Arthur Holmes teorii
plášťové konvekce.
Důležité důkazy o pohybech litosférických desek přineslo právě
studium zemětřesení.
Holmesův model plášťové
konvekce
Benioff (1954) Isacks et al. (1968)
zóna hypocenter zemětřesení v ponořující se litosférické
desce (tzv. Benioffova zóna) dokazující zanoření oceánské
kůry do pláště
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Pro vznik zemětřesení nezbytný růst diferenciálního napětí. Důvody
tohoto růstu lze obvykle hledat v tektonice. Obecně lze tedy očekávat
největší výskyt zemětřesení v místech, která jsou nejvíce tektonicky
namáhána a kde se nejvíce může projevovat neustálý růst napětí takovými
místy jsou především okraje litosferických desek.
Většina přirozených zemětřesení se vyskytují na okrajích
litosferických desek, kde dochází k velké akumulaci napětí.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Podle charakteru vzájemného pohybu lze u jejich rozhraní rozlišit tři
základní typy:
- divergentní rozhraní
- konvergentní rozhraní
- transformní rozhraní
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Často je ale rozhraní desek
tvořeno kombinací menších
segmentů s různým charakterem
pohybu, pro účely přednášky
budeme tedy divergentní,
konvergentní a transformní
rozhraní chápat podle
převažujícího trendu vzájemného
pohybu desek vzhledem k celé
struktuře tvořící rozhraní.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Charakter deskového rozhraní se s
časem mění. Tyto změny popisuje tzv.
Wilsonův cyklus.
(Stein, Wysession 2003)
John Tuzo Wilson
(1908-1993)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Charakter seismicity se na různých typech deskových rozhraní liší.
Distribuce epicenter ukazují různou šířku seismických zón
souvisejících s rozhraním desek.
Distribuce zemětřesení s mb>5 v letech 1964-1997 (Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Úzká rozhraní (typická např. pro středooceánské rifty).
Distribuce zemětřesení s mb>5 v letech 1964-1997 (Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Široká rozhraní (typická např. subdukční a zejména kolizní zóny).
Distribuce zemětřesení s mb>5 v letech 1964-1997 (Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Také vnitrodesková seismicita může být na některých místech velmi
významná.
Distribuce zemětřesení s mb>5 v letech 1964-1997 (Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.2: Kinematika a dynamika
litosférických desek
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.2.a: Sledování pohybu litosférických
desek
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zemské desky se vzájemně pohybují. Rozsáhlé vzájemné pohyby
kontinentů jsou doloženy např. na základě paleogeografických a
paleoklimatologických studií.
Schematická rekonstrukce na základě paleoklimatických dat a
současné rozložení flóry a fauny v rámci kontinentu Pangea
(Kearey et al. 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Litosferické desky jsou objekty pohybující
se po kulové ploše.
Pohyby desek jsou geodeticky měřitelné.
(Stein - presentace)(Uyeda 2002)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Eulerův rotační teorém: pohyb rigidního tělesa v prostoru, při kterém
je nějaký bod tělesa fixován, lze popsat jako rotační pohyb s osou
rotace umístěnou ve fixovaném bodě.
Pro pohyb tělesa po kulové ploše jsou podmínky Eulerova rotačního
teorému vždy splněny - vzájemný pohyb zemských desek lze vždy
popsat jako rotační pohyb kolem nějaké osy rotace.
Leonhard Euler
(1707-1783)
(Stein, Kiosko 2002)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Pro rychlost vzájemného pohybu desek mezi i-tou a j-tou deskou v
bodě r pak platí:
kde vij je vektor pohybu v daném bodě, wij je tzv. eulerův vektor
(úhlová rychlost) a r je polohový vektor daného bodu.
Pro každou desku lze tedy modelovat osu rotace a rychlost rotačního
pohybu.
rωv ijij 
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Pohyb desky můžeme vztahovat k jiné desce (tzv. relativní pohyb),
nebo k nějakému prvku v hlubší stavbě Země (tzv. "absolutní" pohyb).
Jedna z možností určení tzv. "absolutního" pohybu desky je vztažení k
horkým skvrnám. Horké skvrny zanechávají na posunované desce
stopu ukazující trajektorii desky vůči plášťové struktuře.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
stopy horkých skvrn (Kearey et al. 2009)
absolutní rychlosti desek vůči
horkým skvrnám (Kearey et al. 2009)
relativní rychlosti desek a zóny
deformace (Kearey et al. 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Trojné body jsou místa, kde se stýkají tři desková rozhraní. Jednotlivá
desková rozhraní mohou být různého typu – ne všechny kombinace
rozhraní jsou ale možné (ne všechna mají stabilní řešení pro určení
vektorů rychlostí).
Příkladem trojných bodů jsou místa styku severoamerické desky a
pacifické desky s deskami Juan de Fuca, Rivera a Cocos.
(Kearey et al. 2009)(Stein - presentace)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.2.b: Hybné mechanismy deskové
tektoniky
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Litosferické desky se pohybují v důsledku působících sil. Síly, které na
tyto desky působí a mohou významně ovlivňovat jejich pohyb, jsou
různého typu. K zásadním prvkům patří:
- plášťová konvekce
- tlak riftů
- tah na subdučních zónách
Některé síly limitující pohyb desek (Kearey et al. 2009):
FRP ... tlak riftu; FSP ... tah přu subdukci; FSU ... přitahování horní desky u subdukčních
zón; RS ... odpor vůči subdukované desce; RDO ... vlek desky plášťovou konvekcí; ...
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Různé koncepce přikládají odlišný význam vlečným silám
souvisejícím s plášťovou konvekcí na jedné straně (zjevně nedokáží
vysvětlit všechna současná pozorování) a silám, zejména
gravitačním, působícím na okrajích desek na straně druhé
(mechanismus navržený E. Orowanem a W. M. Elsasserem na
přelomu 60. a 70. let 20. století).
Dvě koncepce řízení pohybu desek:
a) celulární konvekce
b) Orowan-Elasserův mechanismus
(Kearey et al. 2009):
Egon Orowan
(1902-1989)
Walter Maurice
Elsasser (1904-1991)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
tlak riftů
Na riftech lze doložit působení sil odtlačujících desky od riftu.
Lze zde rozlišit více působících sil.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Síla F1 souvisí s tlakem astenosféry v místě riftu:
kde z je hloubka a m(t) je hloubka izotermy odpovídající hranici
astenosféry.
(Stein, Wysession 2003)

)(
0
m1 zg.z.ρF
tm
d
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Síla F2 souvisí s tlakem vody ležící na desce:
kde z je hloubka a h(t) je hloubka vodního sloupce.
(Stein, Wysession 2003)

)(
0
w2 zg.z.ρF
th
d
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Síla F3 souvisí se zbývajícím litosferickým tlakem v desce:
kde z je hloubka, m(t) je hloubka izotermy odpovídající hranici
astenosféry a h(t) je hloubka vodního sloupce, P(z,t) je litosferický tlak
závisející na čase a hloubce.
(Stein, Wysession 2003)

)(
)(
3 zt).g.z.P(z,F
tm
th
d
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Celková síla působící na riftu je pak:
(Stein, Wysession 2003)
321 FFFF celková
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V oblasti subdukčních zón hraje významnou roli gravitační síla
spojená s tažením chladné oceánské kůry do prostoru pláště (vyšší
hustota kůry vůči plášti). Také na nadložní desku mohou působit síly
způsobující tah.
Možné příčiny přitahování nadložní desky při subdukčním
okraji (Kearey et al. 2009):
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Význam sil působících na subdukčních
okrajích může být pro pohyb desek
zásadní.
Korelace rychlosti pohybu desek s velikostí plochy
desek, poměrným zastoupením subdukce, s plochou
kontinentů (Kearey et al. 2009):
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.3: Seismotektonika
divergentních rozhraní
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Divergentní rozhraní jsou taková rozhraní litosferických desek, na
nichž se dvě desky od sebe vzdalují. Mocnost rigidní kůry (schopné
nést napětí) je v těchto místech malá.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Lze rozlišit různé typy divergentních rozhraní. Např. podle pozice a
charakteru riftového údolí:
- oceánské
- kontinentální
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Příklad kontinentálního riftu: východoafrický rift
Odděluje dvě části africké desky (nubijskou a somálskou)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Příklad oceánského riftu: středoatlantický hřbet
Odděluje africkou a euroasijskou desku od jihoamerické a
severoamerické desky.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Oceánské rifty tvoří významnou část deskových rozhraní. Obecně jde
o komplikované systémy tvořené vedle vlastních riftů (v užším slova
smyslu) také dalšími strukturami.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Průběh riftů je modifikován tzv. transformními zlomy.
Rozdíl mezi běžným příčným zlomem (vlevo) a
transformním zlomem (vpravo) (Uyeda 2002)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Transformní zlomy jsou kombinovány různým způsobem s rifty a
subdukčními zónami.
Šest možných typů dextrálních
transformních zlomů; schema
příslušných transformních zlomů
po uplynutí časového úseku
(Kearey et al. 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na středooceánských hřbetech jsou časté transformní zlomy
propojující jednotlivé úseky riftu. Seismická aktivita je vázána také na
transformní zlomy.
(Kearey et al. 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Mechanismus vzniku oceánské kůry na riftech vede k přednostní
orientaci minerálů, která způsobuje anizotropii rychlostí seismických
vln.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Iniciace riftové struktury závisí nejen na tektonickém tahu, ale také na
dalších fenoménech, např. na magmatismu.
(Corti 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.3.a: Hloubka ohnisek na divergentních
rozhraních
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Divergentní rozhraní se vyznačují mělkými ohnisky - pod 10 km,
obvykle jen několik km (vysoký tepelný tok, absence zanořené kůry).
Empiricky lze vysledovat vztah mezi rychlostí oddalování desek a
maximální hloubkou hypocenter - hloubky jsou tím menší, čím je
rychlost oddalování vyšší.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Materiál oceánské desky postupně v průběhu oddalování od riftové
zóny chladne. Protože horizontální pohyb desky je rychlejší, než je
rychlost kondukce tepla v horizontálním směru, lze problematiku
chladnutí omezit na jednorozměrný model (vertikální kondukci).
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Teplota horninového materiálu oceánské desky pak závisí na hloubce
a na čase (na době chladnutí).
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
S poklesem teploty roste hustota a dochází k izostatickému
vyrovnávání.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Empirická porovnání modelů chladnutí oceánské kůry s reálnými daty
ukazují, že bližší skutečnosti jsou modely předpokládající trend
oceánské kůry směřující k dosažení jisté konečné mocnosti a fixní
teploty (tzv. "plate model").
(Stein,
Wysession
2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Mocnost oceánské kůry jako funkce času (podle modelu GDH1 –
Global depth and heat flow model 1):
Pozorované hloubky a tepelný tok pro
oceánské rifty porovnané s modely
(Kearey et al. 2009)
20Mat24735650d
20Matt3652600d
36
t



podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Hloubka hypocenter otřesů v
oceánských oblastech závisí na
reologických vlastnostech
oceánské kůry.
Elastická část litosféry odpovídá
teplotám do 400°C.
Hypocentra nejhlubších otřesů
spadají do regionů s teplotou 600-
800 °C.
Zóna snížených seismických
rychlostí se nachází přibližně nad
1000 °C.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Pod vlastními rifty je zóna snížených
rychlostí seismických vln
interpretovaná jako horká oblast
magmatického krbu.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Hloubka izoterm (a tedy hloubky reologicky významných rozhraní)
závisí na rychlosti oddalování od riftů.
Rozdíl ve strukturním složení u rychle se vzdalujících riftů (vlevo) a pomalu se
vzdalujících riftů (vpravo) (Stein, Wysession 2003).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Čím vyšší je rychlost oddalování se od riftů, tím menší jsou hloubky
hypocenter otřesů na poklesových zlomech spojených s rifty a tím
menší je seismický moment těchto otřesů.
Hloubka hypocenter otřesů na poklesových zlomech v riftových strukturách v závislosti
na rychlosti oddalování (vlevo) a odpovídající pokles maxima seismického momentu
(vpravo) (Stein, Wysession 2003).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Podobnou vazbu na rychlost
oddalování se od riftů lze pozorovat
také u otřesů na transformních
zlomech.
Pokles maxima seismického momentu otřesů na transformních zlomech v závislosti na
rychlosti oddalování (Stein, Wysession 2003).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Závisí ovšem také na délce
transformních zlomů.
Seismický moment otřesů na transformních zlomech v závislosti na délce zlomů
(Rundquist, Sobolev 2002).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rychlost oddalování se od riftů
ovlivňuje také reliéf celé riftové
struktury.
Reliéf riftu a „seismická“ mocnost kůry
jako funkce rychlosti oddalování na
středooceánském hřbetu (Kearey et al.
2009).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rychlost oddalování se
od riftů ovlivňuje také
reliéf celé riftové
struktury.
Reliéf riftu při různé rychlosti oddalování na středooceánském hřbetu (Rundquist,
Sobolev 2002): A – rift Rudého moře, 18°N (v = 1.5 cm/rok); B – středoatlantický rift,
37°N (v = 2.5 cm/rok); C – východopacifický rift, 21°N (v = 6 cm/rok); východopacifický
rift, 3°S (v = 15 cm/rok).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.3.b: Velikost zemětřesení na
divergentních rozhraních
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Velikost zemětřesení závisí na velikosti dislokací (t.j. na délce riftu) a na
rychlosti oddalování desek.
Maximální velikost zemětřesení roste s délkou riftu:
Bajkalský Rift, délka 2000km, maximální magnitudo 7.5
Východoafrický Rift, délka 3000km, maximální magnitudo 7.5
Rýnský prolom, délka 300km, maximální magnitudo 5.0-5.5
Rift Rio Grande, délka 700km, maximální magnitudo 6.5
Maximální velikost zemětřesení klesá s rostoucí rychlostí oddalování
desek. Rychle se rozšiřující rifty se vyznačují menším počtem otřesů a
obecně menším magnitudem těchto otřesů.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.3.c: Mechanismus zemětřesení na
divergentních rozhraních
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Pro divergentní rozhraní je charakteristický extenzní režim, který
se projevuje poklesovým charakterem pohybů na dislokacích.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zemětřesení se na divergentních rozhraních nevyskytují přímo na
kontaktu desek, ale jsou vázány na poklesové zlomy v blízkém okolí,
především na zlomy v riftovém údolí.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Poklesový režim je ale kombinován s pohybem na transformních
zlomech, který má charakter horizontálního střihu Aktivní jsou pouze
ty úseky transformních zlomů, které oddělují sousedící desky,
zbývající úseky zasahující dovnitř desek nevykazují významnou
seismickou aktivitu.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Záleží také na rychlosti vzájemného pohybu sousedních desek.
Seismická aktivita má různý charakter v případě rychle se vzdalujících
a v případě pomalu se vzdalujících desek.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
pomalu se vzdalující rifty
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V případě pomalu se vzdalujících desek (např. Středoatlantický
hřbet) lze pozorovat očekávanou kombinaci otřesů na poklesových
zlomech v blízkosti vlastních divergentních rozhraní v užším slova
smyslu a na strike-slipových transformních zlomech.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Fokální mechanismy v blízkosti vlastních divergentních rozhraní mají
tedy charakter poklesů se směrem zlomu paralelním s rozhraním.
Geometrie nodálních ploch odpovídajících poklesovým zlomům dobře
koresponduje s distribucí hypocenter.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Fokální mechanismy na transformních zlomech zřetelně ukazují
horizontální střih na těchto strmých plochách.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
rychle se vzdalující rifty
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V případě rychle se vzdalujících desek (např. Východopacifický
hřbet) je pozorována pouze významná seismicita spjatá
s transformními zlomy, s typickými fokálními mechanismy
ukazujícími horizontální posuny na strmých plochách.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Nejsou ale pozorovány významnější seismické projevy poklesové
tektoniky v blízkosti vlastního divergentního rozhraní.
Důvodem je patrně to, že při rychlém vzdalování desek je v blízkosti
vlastního hřbetu extrémně mladá oceánská kůra, která má zřetelně
menší schopnost akumulovat napětí.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.3.d: Příklady seismicity divergentních
rozhraních
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad kontinentálního
východoafrického riftu
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Východoafrický rift odděluje dvě
části africké desky: nubijskou a
somálskou. Rychlost oddalování
je malá (cca 1 cm/rok) - proto je
obvykle africká deska
považována za jedno deskové
těleso (je obtížné ji modelovat
jako dvě tělesa).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Tektonický vývoj je limitován
zejména propagací
východoafrického riftu k severu a
riftu rudého moře k jihu.
(Corti 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Struktura východoafrického riftu
je modifikovaná významnými
transformními zlomy.
(Chorowicz 2005)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Seismicita východoafrického riftu
ukazuje na extenzní charakter
struktury.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Seismicita je ovšem
komplexnější a více rozptýlená
ve srovnání s oceánskými rifty.
(Stein, Wysession 2003)
(Chorowicz 2005)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Schema tektonické stavby jižní a střední části východoafrického riftu a histogramy hloubek
hypocenter vybraných zemětřesení (Albaric et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Maximální hloubky hypocenter
odpovídají mocnosti kůry ... hloubky
korespondují s reologií.
Hloubky hypocenter vybraných zemětřesení a reologie jednotlivých regionů
východoafrického riftu (Albaric et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad riftu Rudého moře
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rift Rudého moře odděluje africkou a
arabskou desku. Rychlost oddalování je
malá (cca 1-2 cm/rok).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rudé moře tvoří relativně úzkou
zónu, rozptyl epicenter zemětřesení
je ale širší.
(Dwivedi, Hayashi)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad tzv. širokého kontinentálního riftu
– Basin and Range Province
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Region Basin and Range se nachází v západní části severoamerické
desky. Je charakterizován střídáním pásu hor a širokých údolí a
extenzní tektonikou.
Schema tektonických provincií v regionu Basin and Range (Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Recentní křehké deformace jsou
spojeny se seismickou aktivitou.
Seismicita (M>4.7) spojená s deformacemi v regionu
Basin and Range (Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Charakteristický je široký rozptyl
v distribuci epicenter
zemětřesení.
Seismicita (M>4.7) spojená s deformacemi v regionu
Basin and Range (Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Fokální mechanismy ukazují poklesový a strike-slipový charakter
mechanismů zemětřesení.
Severní část regionu Basin and Range (Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad středoatlantického riftu
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Středoatlantická riftová struktura odděluje africkou a euroasijskou
desku od jihoamerické a severoamerické desky.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rychlost vzdalování se je nízká (cca 2-4 cm/rok).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na některých místech, např. severní části v regionu Islandu, je riftová
struktura kombinována s horkou skvrnou.
Dislokace středoatlantické riftové struktury (Island).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Seismicky aktivní zóna je úzká.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Fokální mechanismy ukazují významné zastoupení poklesů a
horizontálních posunů.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad východopacifického riftu
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Východopacifická riftová struktura odděluje pacifickou desku od
východně situovaných desek (Antarktická deska, deska Nazca, deska
Cocos).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Je pro něj typická vysoká rychlost vzdalování (>10 cm/rok).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rozptyl epicenter je širší (ve srovnání se středoatlantickým hřbetem).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
otazník mikrodesky Easter
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Mikrodeska Easter se nachází na rozhraní pacifické desky
a desky Nazca v regionu Velikonočního ostrova (Easter
Island).
Bathymetrická mapa
mikrodesky Easter.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Při jižním okraji mikrodesky Easter nalézáme otřesy s
poklesovou mechanikou, přestože rychlost oddalování je v
těchto místech vyšší (15 cm/rok) a odpovídá rychle se
vzdalující desce.
(Stein, Wysession 2003)
?
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Mikrodeska Easter je z východu a západu lemována
riftovými strukturami. Východní rift propaguje k severu a
rychlost oddalování pak klesá směrem k jihu.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Propagace západního riftu k
severu a vzrůst rychlosti
oddalování se směrem k jihu
vede k rotaci mikrodesky.
Výsledkem rotace je pak zóna
extenze při jižním okraji
mikrodesky a zóna komprese při
severním okraji mikrodesky.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Existence zmíněných zón extenze a komprese pak
vysvětluje výskyt otřesů s mechanismy, které jsou vůči
obecnému modelu mechanismů zemětřesení na riftových
strukturách anomální.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Shrnutí
Pro divergentní rozhraní je charakteristické:
- spíše mělká ohniska
- poklesový (poklesy v riftovém údolí) nebo strike-slipový (transformní
zlomy) mechanismus
- bližší charakteristika seismicity významně závislá na rychlosti
oddalování desek
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.4: Seismotektonika
transformních rozhraní
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Transformní rozhraní jsou taková rozhraní litosferických desek, na nichž
se dvě desky pohybují vzájemně paralelně.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na celkové délce deskových rozhraní se významné transformní zlomové
struktury podílejí v menší míře.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Menší transformní zlomy representují dílčí struktury jiných typů deskových
rozhraní (typické jsou transformní zlomy komplikující riftové struktury).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad zlomu San Andreas
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zlom San Andreas tvoří cca 1300 km dlouhé transformní rozhraní mezi
pacifickou a severoamerickou deskou.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Vznik tohoto transformního
rozhraní souvisí s kinematikou na
rozhraní pacifické a
severoamerické desky
komplikovanou mikrodeskami
(Juan de Fuca, Cocos, Rivera)
representující zbytky subdukované
desky Farallon.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Jedná se opět komplexní
strukturu - obsahuje také
divergentní úseky a
přechází do konvergentních
rozhraní.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zlom San Andreas byl identifikován a pojmenován profesorem
Lawsonem v roce 1895.
Andrew Cowper Lawson
(1861-1952)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zlom San Andreas je dominantní zónou na kontaktu desek, ale je
spojen s řadou dalších významných křehkých struktur, s nimiž vytváří
složitý komplex.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rychlost pohybu pacifické desky vůči severoamerické dosahuje hodnoty 5.1
cm/rok. Rychlost pohybu na vlastním zlomu San Andreas (ve střední části)
dosahuje až hodnoty 3.5 cm/rok.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Seismická aktivita je vázána nejen na samotnou zónu San Andreas,
ale také na další křehké struktury.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Hloubky hypocenter korespondují s mocností seismogenní vrstvy
zemské kůry.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na některých úsecích zlomu San
Andreas dochází k silným otřesům
(San Francisco 1906, Fort Tejon
1857: magnitudo obou otřesů bylo
Ms=7.9-8.0).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Silné otřesy jsou ale také na
doprovodných zlomech. V 80.letech
minulého století byla Kalifornie
postižena 12 silnými ničivými
zemětřeseními spojenými se střižnými
pohyby na transformním rozhraní.
Pouze jediné z nich (Loma Prieta 1989)
leželo přímo na zlomu San Andreas,
ostatní otřesy byly vázány na
doprovodné zlomy.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zemětřesení v regionu Loma Prieta
(1989) bylo situováno v severní části
zlomu San Andreas (segment Santa
Cruz).
Magnitudo dosáhlo hodnoty 6.9 (Mw)
až 7.1 (Ms).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zemětřesení Loma Prieta (1989) - převzato z presentace S. Steina
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Transformní rozhraní je tak tvořeno komplikovaným systémem. Pouze
některé zlomy mají kinematiku pravostranného horizontálního střihu
odpovídající vlastnímu transformnímu zlomu San Andreas. U
doprovodných zlomů, jejichž směr je pootočen více k v.-z. směru, ukazují
fokální mechanismy na šikmé násuny, u zlomů, jejichž směr je pootočen
více k s.-j. směru, ukazují fokální mechanismy na šikmé poklesy.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V jižní kalifornii lze doložit kombinaci dextrálního pohybu a komprese podél
zlomů orientovaných více do směru v.-z. oproti zlomu San Andreas.
(Kearey et al. 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Některé úseky zlomové zóny se chovají
aseismicky a lze na nich pozorovat
creep.
Předpokládá se, že aseismicky je
vyrovnáno 60 až 70% celkového
přemístění tomto na deskovém
rozhraní.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad zóny Mrtvého moře
(Dead Sea Fault Zone)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zlomová zóna Mrtvého moře odděluje africkou desku od arabské
mikrodesky.
(Lunina et al. 2005)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zóna je kombinací divergentního a transformního rozhraní a
vyrovnává levostranný pohyb mezi africkou a arabskou deskou.
(Lunina et al. 2005)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V oblasti Mrtvého moře vytváří zóna transtenzní strukturu lemovanou
levostrannými horizontálními posuny.
(Kearey et al. 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na severu navazuje na konjugovaný systém severoanatolského a
východoanatolského zlomu.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na jihu navazuje na rift Rudého moře.
(Lunina et al. 2005).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Epicentra zemětřesení
vykazují větší rozptyl,
přednostně se ale
soustředí na vlastní
zlomovou zónu. Šířka
zóny je malá (pouze 20-40
km).
Epicentra zemětřesení z let 1983-2002 (Lunina et al. 2005).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Široce jsou aplikovány paleoseismologické metody.
(Meghraoui et al. 2003).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Historická seismicita je úspěšně studována za pomocí archeologie.
Akvadukt porušený horizontálním posunem o délce 13.6m (Meghraoui et al. 2003).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V severní části zóny byl na základě paleoseismologie rozpoznán
seismický cyklus, který ukazuje rychlost posunutí cca 6.8-7.0 mm/rok
a četnost silných otřesů (Mw=7.3-7.5) jednou za 550 až 830 let.
(Meghraoui et al. 2003).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
(Hofstetter et al. 2007).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Shrnutí
Pro transformní rozhraní je charakteristické:
- tvoří propojující struktury mezi segmenty větších struktur
divergentního nebo konvergentního rozhraní
- větší rozhranní transformního typu jsou opět spíše komplexní
struktury tvořené větším množstvím zlomových ploch
- typické horizontální pohyby na strmých zlomových plochách mohou
být doplněny dalšími mechanismy (šikmé poklesy, šikmé přesmyky)
na doprovodných zlomech
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.5: Seismotektonika
konvergentních rozhraní
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Konvergentní rozhraní jsou taková rozhraní litosferických desek, na nichž
se dvě desky k sobě přibližují. Jedna z desek se ponořuje v subdukční
zóně hluboko do svrchní části zemského pláště, přičemž je subdukující
deska vtahována do subdukční zóny gravitací.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Graf závislosti rychlosti pohybu desek a procentuálního zastoupení
rozhraní, na kterých daná deska subdukuje, ukazuje na významnost sil
působících v subdukčních zónách.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rychlost subdukce vS nemusí být totožná s rychlostí pohybu subdukované
desky vL, ale záleží také na rychlosti pohybu subdukčního ohybu vH.
(Doglioni et al. 2008)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Příklad ze subdukční zóny v souostroví Tonga: pacifická deska se pohybuje
rychlostí 80 mm/rok, ale současně ustupuje také ohyb desky rychlostí 160
mm/rok – rychlost subdukce tak dosahuje až hodnoty 240 mm/rok.
(Doglioni et al. 2008)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Příklad ze subdukční zóny při západním pobřeží Jižní Ameriky: deska
Nazca se pohybuje rychlostí 66 mm/rok, ale současně postupuje také ohyb
desky rychlostí 35 mm/rok – rychlost subdukce tak dosahuje jen hodnoty
31 mm/rok.
(Doglioni et al. 2008)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Příklad z kolizní zóny V regionu Himalájí: indická deska se pohybuje
rychlostí 36 mm/rok, ale současně postupuje také ohyb desky rychlostí 30
mm/rok – rychlost „subdukce“ tak dosahuje jen hodnoty 6 mm/rok.
(Doglioni et al. 2008)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
U kolizních zón silně klesá poměr rychlosti zkrácení vlivem subdukce a
konvergence.
(Doglioni et al. 2008)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V případě šikmé konvergence jsou horizontální složky pohybu obvykle
vyrovnávány strmými horizontálními posuny oddělující
předobloukovou část od zbytku desky. Předoblouková část se
pohybuje vůči oběma deskám.
(Haq, Davis 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Lze rozlišit dva základní typy subdukce:
- Vysokonapěťový (Čilský) typ.
Subdukující deska se ponořuje pod horní
desku s mírnějším sklonem, na okraji horní
desky lze pozorovat známky převažujícího
kompresního režimu.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
- Nízkonapěťový (Mariánský) typ.
Subdukující deska se ponořuje pod horní
desku prudce pod strmým sklonem, na okraji
horní desky lze pozorovat nejen známky
kompresního režimu, ale dále za deskovým
okrajem také známky výrazného extenzního
režimu spojeného s „přitahováním“ desky
k ustupujícímu (třebaže konvergentnímu)
rozhraní. Extenze se projevuje až vznikem
zaobloukových pánví s vyvinutým riftem.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.5.a: Hloubka ohnisek na subdukčních
zónách
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Konvergentní rozhraní se vyznačují existencí i velmi hlubokých
zemětřesení. Otřesy se vyskytují nejen v horní (nasouvané) desce v
hloubkách řádově první desítky km, ale také v podsouvané desce, kde
mohou hloubky ohnisek dosahovat stovky km.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Podmínky pro velmi hluboká zemětřesení (až do 660 km) jsou splněny
především díky průniku relativně chladné (a tedy rigidní) kůry do
svrchního pláště.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Výzkumu hlubokých zemětřesení se v Japonsku intenzivně věnoval v
letech 1927-1934 Wadati. V roce 1954 pak Benioff zjistil v regionu
Kamčatky, že ve vertikálním řezu jsou hluboká zemětřesení soustředěna
do úzké zóny nazývané dnes Wadati-Benioffova zóna.
Kiyoo Wadati
(1902-1995)
Victor Hugo Benioff
(1899-1968)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Maximální hloubky zemětřesení závisí na tzv. termálním parametru.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Sinus sklonu desky d odpovídá hloubce, je-li délka desky rovna a:
Součin rychlosti desky v a času t odpovídá vzdálenosti, do které se bod
na desce posune za čas t (tj. za dobu odpovídající stáří desky):
a.sinδh
a
h
sinδ 
  v.ttb 
t.v.sinδ
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Termální parametr  tak má význam hypotetické „maximální hloubky“,
do které by se deska zanořila, pokud by byla celá ponořená v
subdukční zóně.
  v.ttb 
t.v.sinδa.sinδh 
 .sinδtb
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Porovnání teplotní struktury pro
relativně mladší a pomalejší
subdukovanou desku – Aleuty:
t=50My, v=70mm/rok , =2500km; pro
relativně starší a rychlejší
subdukovanou desku – Tonga:
t=140My, v=140mm/rok, =17000km
(Stein, Wysession 2003)
t.v.sinδ
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Hypocentra s hloubkou větší než 300km se vyskytují pouze na
subdukčních zónách s parametrem  vyšším, než 5000km. Maximální
hloubka hypocenter je 700km.
(Stein, Wysession 2003)
t.v.sinδ
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Globální distribuce hypocenter podle hloubky vykazuje minimum při
hloubce 300km. Pak četnost otřesů opět roste s maximem kolem 600km.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Hypocentra mohou být
situována pod rozhraním
410km, nejsou ale pod
rozhraním 660km.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Deska může proniknout do hloubky 660km během cca 10Ma. Během této
doby je zahřátá na polovinu teploty pláště.
Z termálního hlediska nelze vyloučit zanořování materiálu i do spodního
pláště.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Možnost pronikání desky (bez seismických projevů) do spodního pláště
potvrzuje také seismická tomografie.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.5.b: Variabilita kinematiky zemětřesení
na subdukčních zónách
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na subdukčních zónách pozorujeme značnou variabilitu v mechanismu
zemětřesení v závislosti na konkrétní pozici epicentra.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Modely stavu napjatosti v subdukčních zónách ukazují vysokou variabilitu
napěťového režimu.
(de France et al. 2008)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zásadně se liší orientace nodálních ploch zemětřesení v subdukované
desce před a za ohybem subdukované desky.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
(Kearey et al.2009)
Před vlastním příkopem je deska subhorizontální. Subdukovaná deska je
do subdukční zóny vtahována gravitační silou, což způsobuje extenzi
subparalelní s deskou. Výsledkem je aktivita poklesů se středními úklony.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Prázdná kolečka – extenzní jevy;
plné trojúhelníky – kompresní jevy
(Stein, Wysession 2003)
V místě ohybu podsouvané desky lze pozorovat extenzi v horní části a
kompresy ve spodní části (vlivem ohybu).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Ve vyšší části Benioffovy zóny (v oblasti vzájemného dotyku obou
sousedících desek) lze vzhledem ke kompresnímu režimu očekávat
zemětřesení násunového charakteru, kde plocha zlomu je paralelní
s kontaktem obou desek.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Za vlastním příkopem je deska ukloněná. Hlavní osy napětí opět působí ve
směru subparalelním s deskou. Výsledkem jsou charakteristické fokální
mechanismy s jednou suvertikální a s jednou subhorizontální nodální
plochou.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Výsledkem jsou charakteristické fokální mechanismy s jednou suvertikální
a s jednou subhorizontální nodální plochou.
(Stein, Wysession
2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Vtahování desky (chladné oceánské kůry) do subdukční zóny gravitační
silou může vést k tenzi paralelní s podsouvanou deskou v horní části
Benioffovy zóny. Naopak ve spodní části klade plášť již odpor proti dalšímu
zanořování desky a paralelně s podsouvanou deskou pak působí
komprese.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V horní části Benioffovy zóny je deska ovlivněná gravitačním vtahováním
do subdukční zóny. Působí extenze paralelní s deskou. Vzhledem k úklonu
desky je ale osa extenze strmější a fokální mechanismy mají charakter
přesmyků.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Ve spodní části Benioffovy zóny je deska ovlivněná odporem plášťového
materiálu proti dalšímu pronikání subdukované desky do hloubky. Působí
komprese paralelní s deskou. Vzhledem k úklonu desky je ale osa
komprese strmější a fokální mechanismy mají charakter poklesů.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Souhrn schémat recentních subdukčních zón: otevřená kolečka – P-osa paralelní s
deskou; plná kolečka – T-osa paralelní s deskou; křížky – žádná osa není paralelní s
deskou (Kearey et al. 2009).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na subdukčních zónách tak lze pozorovat často velkou variabilitu v
charakteru fokálních mechanismů jednotlivých otřesů.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.5.c: Velikost zemětřesení na
subdukčních zónách
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Velikost zemětřesení na konvergentním rozhraní může být extrémní.
Subdukční zóny vykazují větší četnost silných zemětřesení ve srovnání s
ostatními typy deskových rozhraní.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
K nejsilnějším patří otřesy způsobené násunovými prokluzy přímo na
rozhraní litosferických desek - při zemětřesení v Chile v roce 1960 bylo
spojeno takové zemětřesení s aktivitou na dislokaci o délce cca 700km a
šířce 200km při středním posunutí 21m. Hodnota momentového
magnituda Mw byla 9.5.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Velikost zemětřesení závisí na rychlosti podsouvání a na stáří
subdukované desky.
(Stein, Wysession 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Extrémně silné otřesy na subdukčních
rozhraních jsou spojeny s náhlým
vyrovnáním napětí při zpětném
prokluzu na zlomech kompresního
systému na rozhraní obou sousedních
desek.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Napětí je dlouhodobě akumulováno a
projevuje se elastickou deformací
okraje horní desky, který je „strháván“
subdukující deskou – trendy pohybu
okraje horní desky jsou v souladu
s pohybem spodní desky, nikoli
s pohybem zbývajících částí horní
desky.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Systém deskového rozhraní
v subdukční zóně sestává z plošně
extrémně rozsáhlých zlomů – délky
přesahují i tisíc km. Zlomy se nachází
v kompresním režimu a mají proto
vysoké hodnoty statického tření. Tření
je také zvyšováno nerovnostmi ploch.
Energie, která může být na subdukční
zóně akumulována a náhle uvolněna
v průběhu jednoho jevu tak může
dosáhnout mimořádné úrovně.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
příklad zemětřesení u Sumatry
26.12.2004 , Mw=9.0
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Příkladem extrémního zemětřesení spojeného se zpětným prokluzem při
uvolnění napětí akumulovaného na subdukční zóně je zemětřesení u
Sumatry z 26.12.2004.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Toto zemětřesení bylo generováno na rozhraní, podél kterého indická
deska subdukuje pod barmskou mikrodesku, a to v jižní části tohoto
rozhraní, odkud se křehká deformace šířila k severu.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Pohyb indické desky je vůči deskovému rozhraní (sundskému příkopu)
šikmý. Horizontální pohyb subparalelní s rozhraním je vyrovnáván strikeslipovým
systémem v oblasti Sumatry, vlastní rozhraní v subdukční zóně je
charakterizováno zejména dip-slipovými pohyby.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Hypocentrum se nacházelo v hloubce 30 km, jeho momentové magnitudo
Mw dosáhlo hodnoty 9.0. Region vykazoval v posledním století relativně
nízkou seismickou aktivitu, což při známé rychlosti pohybu desek
ukazovalo na možnost vysoké akumulace napětí. Fokální mechanismus
měl charakter násunu.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zlom, na němž došlo k pohybu, měl směr 320° a sklon 11°, ruptura
propagovala k severu na vzdálenost cca 400km rychlostí 2km.s-1,
vypočtená doba křehkého porušování byla tak 200 sekund. Posunutí na
zlomu dosáhlo až 20 metrů.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Zlom propagoval až na povrch, při porušení mořského dna byla
generována vlna tsunami. Mechanismus otřesu vedl k šíření pozitivní vlny
tsunami směrem k západu a negativní vlny směrem k východu.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.5.d: Příklady subdukčních zón
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
subdukce na západě Jižní Ameriky
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Západní okraj jihoamerické desky je charakterizovaný rozsáhlou subdukční
zónou, podél které subdukuje deska Nazca pod jihoamerickou desku.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Jedná se o vysokotlaký typ subdukce spojený s extrémně silnými
zemětřeseními.
(Bílek 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Poslední extrémně silné zemětřesení byly
otřesy z 27. 2. 2010 (Mw = 8.8) a 1. 4. 2014
(Mw = 8.2).
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Nejsilnějším známým zemětřesením byl otřes z 22. 5. 1960, Mw=9.5.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Rychlost pohybu desky Nazca vůči
jihoamerické desce je až 6-6.5 cm/rok.
Fokální mechanismy na subdukční zóně mají
typický charakter (jedna nodální plocha
strmá, druhá velmi mírně ukloněná).
(Bílek 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
subdukce v regionu sz. Sumatry
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V regionu sz. Sumatry se projevuje dominantně šikmá konvergence indoaustralské
desky vůči desce eurasijské.
(DeMets et al. 2010)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Horizontální složky pohybu jsou vyrovnávány na horizontálních posunech
(Sumatra Fault, West Aceh Fault, Mentawai Fault).
(Mosher et al. 2008)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Hlavní zóna horizontálního posunu – Sumatra Fault Zone.
(McCloskey)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Otřesy v subdukční zóně mají
typický charakter (včetně fokálních
mechanismů se strmou a
subhorizontální nodální plochou).
(Grewemeyer, Tiwari 2006)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Lze pozorovat charakteristickou migraci seismické aktivity v prostoru a
čase.
Modré hvězdičky – zemětřesení z
16.1.2001 a 13.2.2001, modrá kolečka
– dotřesy ke zmíněným
zemětřesením; červená hvězdička –
zemětřesení z 26.12.2004, červená
kolečka – dotřesy k danému
zemětřesení před 28.3.2005; žlutá
hvězdička – zemětřesení z 28.3.2005,
žlutá kolečka – dotřesy k danému
zemětřesení (Grewemeyer, Tiwari
2006)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Více k východu se zřetelně projevují
mechanismy otřesů spojených s prokluzy na
strmé zóně s horizontálními pohyby (Sumatra
Fault System).
(Curray 2005)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
subdukce v regionu Nového Zélandu
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na kontaktu pacifické a australské desky se v regionu Nového Zélandu
mění polarita subdukce.
(Pysklywec et al. 2010)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V severní části subdukuje pacifická deska pod australskou, rychlost pohybu
je až 4-5 cm/rok.
(Delteil et al. 2003)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Ve střední části má deskové rozhraní charakter trasformní zóny, rychlost
pohybu je kolem 4 cm/rok.
(Furlong, Kamp 2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V jižní části subdukuje australská deska pod pacifickou, rychlost pohybu je
3-4 cm/rok.
(Pysklywec et al. 2010)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
9.5.e: Kolizní zóny
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Na některých konvergentních rozhraních se vstřícné pohyby desek
projevují kolizí a recentní orogenezí.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Nejvýznamnější kolizní zóny jsou spojeny s kolizí typu kontinent-kontinent
– jejich vývoj je obvykle komplikovaný, celková stavba kolizní zóny je proto
složitá.
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Příkladem je kolize indické a euroasijské desky.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Kolizní zóna indické a euroasijské desky má polyfázový vývoj a
komplikovanou stavbu.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Pohyby spojené s kolizí stále pokračují, indická deska se nadále pohybuje
k severu rychlostí až 5 cm/rok.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Frontální kolize v prostoru Himalájí vede k laterální extruzi v regionech
východní Asie.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Fokální mechanismy ukazují na kompresní režim spojený s kolizí i na
lokální extenzi spojenou s flexurou indické desky.
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
V regionu Tibetské plošiny ukazují fokální mechanismy otřesů na východozápadní
korovou extenzi (viz laterální extruze ve východní Asii).
(Kearey et al.2009)
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
Shrnutí
Pro konvergentní rozhraní je charakteristické:
- větší rozhranní konvergentního typu jsou opět spíše komplexní
struktury doplněné dalšími systémy vyrovnávající např. šikmé pohyby
mezi deskami
- pro subdukční zóny je typická přítomnost hlubokých zemětřesení
(nejhlubší ohniska dosahují hloubek cca 650 km)
- maximální hloubky ohnisek zemětřesení v subdukční zóně závisí na
rychlostech a stáří podsouvané oceánské desky
podzim 2023 Seismologie a seismotektonika – 09 (seismicita deskových rozhraní)
- pro konvergentní rozhraní je charakteristická přítomnost extrémně
silných zemětřesení (zatím nejsilnější známé zemětřesení: Chile,
22. 5. 1960, Mo = 9.5)
- pro zemětřesení s ohnisky v subdukované části oceánské desky
jsou typické fokální mechanismy s jednou strmou a s jednou
subhorizontální nodální plochou.