Кіріспе

Жапон траншеясы – Жапонияның солтүстік-шығысындағы Тынық мұхитының алау шеңберіне жататын мұхиттық траншея. Ол Курил аралдарынан басталып, Ізу аралдарының солтүстік ұшына дейін созылады және ең терең жерімен ерекшеленеді. Бұл траншея мұхиттық Тынық мұхиты плитасы континенттік Охотск плитасының (бұрын Солтүстік Америка плитасының бір бөлігі болған микроплита) астына батқан кезде қалыптасады. Субдукция процесі батып бара жатқан плитаның иілуіне әкеліп, терең траншея жасайды. Жапон траншеясымен байланысты субдукция аймағындағы үздіксіз қозғалыс – солтүстік Жапониядағы цунами мен жер сілкіністерінің басты себептерінің бірі, соның ішінде 2011 жылдың 11 наурызында болған Тохоку жер сілкінісі және одан туындаған цунами. Жапон траншеясымен байланысты субдукция жылдамдығы шамамен жылдық / тіркелген.

Тектоникалық тарихы

Неогеннің соңғы кезеңінде (23,03–2,58 миллион жыл бұрын) Жапон шұңқыры Тынық мұхиты және Охотск тақталарының жақындасу кезеңін бастан өткерді. Осы кезеңдегі шөгінді тізбегіне сүйенсек, үстіңгі тақтаға шөгінділердің көлемді жиналуы болмаған, сондай-ақ конвергенттік шеттің төменгі бөлігінде жеңіл эрозияның белгілері байқалған. Бор дәуірінде (145,5–66 миллион жыл бұрын) және ерте палеогенде (66–23,03 миллион жыл бұрын) андезиттен тұратын жанартаулық белсенділіктердің, сондай-ақ ірі синклальдің және қалың шөгінді тізбегінің қалыптасуы алдын-алау бассейнінің пайда болу мүмкіндігін көрсетеді. Бор дәуіріндегі белсенділікке субдукция процестері және Солтүстік-Шығыс Жапония аркасына шөгінділердің кең көлемде жиналуы кірді, бұл процестер бүгінге дейін жалғасуда. Ерте палеогенде (66 миллион жыл бұрын) жанартаулық белсенділік азайды, нәтижесінде қалың бор-палеогендік шөгінді тізбегі ашыққа шықты. Бұл шөгінді тізбегі батқаннан кейін жанартаулық белсенділік қайта жанданды.

Сейсмикалық

Жапон траншеясы бойындағы сейсмикалық белсенділік, Охотск және батып бара жатқан Тынық мұхиты тақталарының арасындағы бұзылатын конвергентті табақ шекараларындағы байланысты субдукция аймағында жүзеге асады. Осы табақ шекараларындағы үздірсіз қозғалыс шамамен тереңдікте орын алады + Жапон траншеясында тіркелген жер сілкіністері: Жыл Магнитудасы 1896 6.8 1896 8.5 1938 7.4 1938 7.7 1938 7.8 1938 7.7 1938 7.1 1968 8.2 1989 7.4 1992 6.9 1994 7.7 2005 7.2 2008 7.0 2008 6.9 2010 6.7 2011 7.3 2011 9.0

Сейсмикалық оқиғалар

1896 жылы Жапония шұңқырында 6,8 магнитудалы жер сілкінісі тіркелді. Сол жылдың өзінде 8,5 магнитудалы қатты жер сілкінісі болды, нәтижесінде екі цунами қиратушылық әкелді. 1938 жылы Фукусима аймағында М7 магнитудалы жер сілкіністері тізілді, барлығы бес рет. Олардың магнитудалары 7,4, 7,7, 7,8, 7,7 және 7,1 болды. 1994 жылдың желтоқсан айында Жапония шұңқырында болған жер сілкінісінен кейін, Global Positioning System (GPS) желісі арқылы жер қыртысының уақытша қозғалыстары тіркелді. Бұл өте ұсақ, бірақ айқын бұзылыс "көрінбейтін" баяу жарылудың осы жер сілкінісінен туындағанын көрсетеді. Санрику-Окиде 7,7 магнитудалы жер сілкінісі тіркелді, ол бұрын байқалған баяу қозғалыстың нәтижесі болуы мүмкін. Жапон шұңқырының аралық плиталық және уақытша сейсмикалық қозғалыс деректері бойынша көптеген басқа жер сілкіністері тіркелді. Күндері: 2005 жылдың тамызы, 2008 жылдың мамыры, 2008 жылдың шілдесі және 2010 жылдың наурызы, олардың магнитудалары тиісінше 7,2, 7,0, 6,9 және 6,7 болды. Шамамен 37 жылдық аралықпен (~M7) сипаттамалы жер сілкінісі мерзімді түрде орын алады. ~M7 магнитудалы жер сілкіністері 1938, 1989, 1992, 2005, 2008, 2008 және 2011 жылдары тіркелді, оларды оң жақтағы кестеде көруге болады. Жапон шұңқырының түбіне орналасқан теңіз түбіндегі сейсмометрлер сейсмик толқындарды тіркеу арқылы жердің кез келген қозғалысын өлшейді. 2012 жылы Токиодағы Жер ғылымы және апаттарға төзімділік жөніндегі Ұлттық зерттеу институты (NIED) шұңқыр бойында сейсмикалық және цунамиді бақылау желілерін салуды бастады. Олар 154 станцияны шамамен бір-бірінен тең аралықта орналастыруды жоспарлады, әрқайсысы жер сілкінісінің өзгеруін бақылауға арналған акселерометрмен және цунамиді бақылауға арналған су қысымы өлшегішімен жабдықталған.

2011 жылғы Тохоку жер сілкінісі

2011 жылдың 11 наурызында Жапония траншеясы бойында, Жапония астына батып бара жатқан Тынық мұхиты тақтасының субдукциялық интерфейс шекарасында 9,0 магнитудалы жер сілкінісі болды. Траншеяның орталық бөлігінде, шамамен ұзындығы және еніне жететін аймақта жарылыс орын алды. Бұл жер сілкінісі Жапония тарихында тіркелген ең күшті сейсмик оқиға болып есептеледі, сондай-ақ 1900 жылдан бері жүргізіліп келе жатқан жазбалар бойынша тіркелген төрт ең күшті жер сілкінісінің бірі саналады. Бұл мегатерст жер сілкінісі алып цунами толқындарын тудырды, олар Солтүстік Жапонияның жағалауына үлкен қирату әкелді. Апаттан шамамен 16 000 адам қаза тауып, Фукусима-1 атом электр станциясының үш реакторында 7-деңгейлі ядролық балқыу орын алды. Әлемдік банк апаттан келген жалпы залалдың шамамен 235 миллиард АҚШ долларын құрайтынын тіркеді, бұл оны тарихтағы ең қымбат табиғи апат етті.

Жер бетінің шеті

Солтүстік Жапония шұңқырындағы үлкен магнитудалы және жиі жер сілкінісінің болуын Тынық мұхитының батып кетуі кезіндегі беткі қабатының тегіссіздігінің өзгеруімен түсіндіруге болады. Теңіз түбінің тегіс батып кету аймақтары пластина интерфейсі аймағының терең бөлігінде болатын әдеттегі үлкен жер сілкіністерімен байланысты. Солтүстік Жапония шұңқырының қалың сейсмикалық емес аймағынан жер сілкінісі байқалған немесе хабарланған жоқ. Теңіз түбінің кедір-бүдыр батып кету аймақтары сыртқы көтеріліс аймағындағы үлкен қалыпты жарылымды жер сілкіністерімен, сондай-ақ пластина интерфейсінің (мега-шаралар) беткі қабатында болатын үлкен цунами жер сілкіністерімен байланысты.

Теңіз бұрғылау

1980 жылы Жапон траншеясының құрлыққа жақын және алыс жақтарындағы шөгінді ядролары арқылы липид үлгілері алынды. Олар газ хроматографиясы және компьютерлік газ хроматография-массалық спектрометрия деректері арқылы талданды. Үлгілерде алифалық және ароматты көмірсутектер, кетондар, спирттер, қышқылдар және басқа да көп функциялы компоненттердің көптеген түрлері анықталды. Бұл компоненттер Жапон траншеясының шөгінділеріне құрлықтан, теңізден (бактериялық емес) және бактериялық көздерден түсетін материалдардың көрсеткіштері ретінде қарастырылады. Жапония траншеясын жылдам бұрғылау жобасының 343-ші экспедициясы Жапонияның теңіздік жер ғылымы және технология агенттігінің (JAMSTEC) бақылауымен және өкілеттігімен жүргізілді. Бұрғылау екі кезеңде өтті: 2012 жылдың 1 сәуірінен 24 мамырына дейін және 2012 жылдың 5 шілдесінен 18 шілдесіне дейін. Олардың басты мақсаты – Тохоку жер сілкінісі кезінде болған үлкен жарылымның жылжуын және оның Жапонияның солтүстік-шығыс жағалауындағы цунами толқындарының пайда болуына ықпал ету мүмкіндігін жақсырақ түсіну болды. 2013 жылы Интегралды мұхиттық бұрғылау бағдарламасының (IODP) 343-ші экспедициясы Жапон траншеясының пластина шекарасындағы жарылым аймағынан шөгінді үлгілерін жинады. Жиналған шөгінді ядролары косейсмикалық жылжу жылдамдықтарында да, төмен жылдамдықтарда да төмен үйкеліс көрсетті. Осы зерттеулер мен үлгілер жарылым аймағының осы үйкеліс қасиеттері Тохоку жер сілкінісі кезінде тереңдемеген, бірақ үлкен жылжуға себеп болған деген пікірді қолдайды.

Түрбидтік палеосейсмология

Жапон траншеясының шөгінді үлгілері негізінен шешілген, балшыққа толы материалдан тұрады. Тынық мұхитының батып кетуі Жапон траншеясының теңіз түбінде ойыстарды жасайды, олар тұмандық ағындар арқылы ұсақ түйірлі тұмандықтар мен сейісмаралық шөгінділердің жиналуына мүмкіндік береді. Бұл тұмандықтар шөгінділердің өзгерісін шөгіндінің гравитациялық ағыны арқылы көрсете отырып, өткендегі үлкен жер сілкіністерінің геологиялық жазбасын сақтайды. Жапон траншеясы бойындағы жоғары шөгінділену жылдамдығына ие терең теңіз ойыстары тұнбалы палеосейсмологияны зерттеу үшін қолайлы жағдайлар тудырады.

Микробиологиялық белсенділік

1999 жылдың 1 қаңтарында Жапон шұңқырын зерттеу барысында, қысымды сақтайтын шөгінді үлгілегіштің көмегімен терең теңіз шөгіндісінің үлгісі алынды. Экспедициядан алынған үлгілер бактериялар доменіндегі микробтық әртүрліліктің кең түрлерге таралуын көрсетті. Бактерияларды филогенетикалық тұрғыдан анықтау және нуклеотидтерді анықтау үшін полимераза тізбектік реакциясы (ПТР) арқылы 16S рибосомалық РНК гендері күшейтілді. Осы мәдениеттерден алынған май қышқылдарының тағы бір талдауы, байқалған филогенетикалық нәтижелерді қоса қолдады. Осы шөгінділерде әртүрлі бактериялық домендердің табылуы Жапон шұңқырындағы микробтық әртүрліліктің көрсеткіші ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Барлау

1987 жылы француз-жапондық Кайко зерттеу бағдарламасының нәтижелері, қосымша деректермен бірге, Жапония және Курил траншеялары арасындағы, сондай-ақ Жапония траншеясының оңтүстік бөлігіндегі теңіз тауларының субдукциясының моделін жасау және ұсыну үшін пайдаланылды. 1989 жылдың 11 тамызында "Шинкай 6500" үш адамдық батығыш аппараты Жапония траншеясын зерттеу кезінде тереңге түсті. 2008 жылдың қазан айында Ұлыбритания мен Жапония командасы траншеяда шамамен 200 метр тереңдікте Pseudoliparis amblystomopsis балықтарының тобын тапты. Олар сол кездегі ең тереңде тіршілік ететін балықтардың тіркелген видеосы болды. Бұл рекорд 2014 жылдың желтоқсанында Мариана траншеясындағы белгісіз түрдегі қарғабалықтың тіркелген видеосымен бұзылды және 2017 жылдың мамырында Мариана траншеясында тағы бір белгісіз түрдегі қарғабалықтың тіркелген видеосымен одан әрі жаңартылды. 2022 жылдың 20 тамызында Caladan Oceanic / Батыс Австралия университеті / JAMSTEC бірлескен экспедициясының аясында DSV Limiting Factor батығыш аппаратында траншеяның түбіне алғашқы адаммен жасалған сүңгіме жасалды. Батығыш аппаратты пилоттаған зерттеуші Виктор Весково және Токио теңіз ғылымдары мен технология университетінің ғылыми миссия маманы, профессор Хироси Китазато, аппаратқа орнатылған бірнеше тереңдік өлшегіш құрылғылар көрсеткендей, 8001 +/ 9 метр тереңдікке түсті. Экспедицияның Kongsberg EM124 сонарымен алынған траншеяның басқа сонарлық мәліметтері оның кең түбінде 8012 +/ 11 метрге дейін тереңдік көрсетті.