Введение
Японская впадина – часть Тихоокеанского огненного кольца, расположенная у северо-восточного побережья Японии. Она простирается от Курильских островов до северной оконечности островов Идзу и является самой глубокой частью этой области. Впадина соединяет Курильско-Камчатскую впадину на севере и Изу-Огасаварскую впадину на юге, имея протяженность около километров. Эта впадина образовалась в результате субдукции (подныривания) океанической Тихоокеанской плиты под континентальную Охотскую плиту (микроплиту, ранее бывшую частью Североамериканской плиты). Процесс субдукции вызывает изгиб опускающейся плиты, формируя глубокую впадину. Продолжающиеся движения в зоне субдукции, связанной с Японской впадиной, являются одной из основных причин цунами и землетрясений в северной Японии, включая мощнейшее землетрясение Тохоку и последовавшее за ним цунами, произошедшие 11 марта 2011 года. Скорость субдукции, связанная с Японской впадиной, составляет около в год.
The Japan Trench is an oceanic trench part of the Pacific Ring of Fire off northeast Japan. It extends from the Kuril Islands to the northern end of the Izu Islands, and is at its deepest. It links the Kuril–Kamchatka Trench to the north and the Izu–Ogasawara Trench to its south with a length of This trench is created as the oceanic Pacific plate subducts beneath the continental Okhotsk Plate (a microplate formerly a part of the North American Plate). The subduction process causes bending of the down going plate, creating a deep trench. Continuing movement on the subduction zone associated with the Japan Trench is one of the main causes of tsunamis and earthquakes in northern Japan, including the megathrust Tōhoku earthquake and resulting tsunami that occurred on 11 March 2011. The rate of subduction associated with the Japan Trench has been recorded at about /yr.
Тектоническая история
В конце неогена (23,03–2,58 млн лет назад) в Японском желобе происходило схождение Тихоокеанской и Охотской плит. Судя по последовательности отложений за этот период, чистого накопления осадочного материала на налегающей плите практически не происходило, а также наблюдались признаки слабой эрозии у основания зоны конвергенции. В меловом периоде (145,5–66 млн лет назад) и раннем палеогене (66–23,03 млн лет назад) свидетельства андезитового вулканизма, а также развитие крупной синклинали и утолщенной осадочной последовательности указывают на возможное формирование преддугового бассейна. Активность в меловом периоде включала субдукционные события и значительное накопление осадочного материала в Северо-Восточной Японской дуге, которое продолжается и по сей день. Вулканизм снизился в раннем палеогене (66 млн лет назад), обнажив утолщенную осадочную последовательность мелового и палеогенового периодов. После осаждения этой последовательности вулканизм возобновился.
Сейсмичность
Сейсмическая активность вдоль Японской впадины связана с зоной субдукции на границах сходящихся плит, где Охотская плита наезжает на субдуцирующую Тихоокеанскую плиту. Продолжающееся движение вдоль этих границ происходит на глубине около + Зарегистрированные землетрясения в Японской впадине Год Магнитуда 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
Сейсмические явления
В 1896 году в Японской впадине было зарегистрировано землетрясение магнитудой 6,8. Позже в том же году произошло разрушительное землетрясение магнитудой 8,5, вызвавшее два мощных цунами. В 1938 году в районе Фукусимы произошло серия землетрясений магнитудой М7, всего пять. Их магнитуды составили 7,4, 7,7, 7,8, 7,7 и 7,1. В декабре 1994 года сеть глобальной системы позиционирования (GPS) зафиксировала кратковременные движения земной коры после межплитного землетрясения в Японской впадине. Это очень слабое, но отчетливое нарушение указывает на то, что оно было вызвано медленным, "тихим" смещением по разлому. Землетрясение магнитудой 7,7 было зарегистрировано в районе Санрику-оки, которое, возможно, было спровоцировано ранее наблюдавшимся медленным смещением. Многие другие землетрясения были зарегистрированы на основе данных о межплитных и кратковременных постсейсмических смещениях вдоль Японской впадины. Даты включают август 2005 года, май 2008 года, июль 2008 года и март 2010 года, с магнитудами 7,2, 7,0, 6,9 и 6,7 соответственно. Характерное землетрясение (~M7) периодически происходило с периодичностью примерно 37 лет. Землетрясения магнитудой ~M7, произошедшие в 1938, 1989, 1992, 2005, 2008, 2008 и 2011 годах, можно увидеть в таблице справа. Сейсмометры, установленные на дне океана в основании Японской впадины, измеряют движения земной коры, регистрируя сейсмические волны. В 2012 году Национальный исследовательский институт наук о Земле и устойчивости к стихийным бедствиям (NIED), расположенный в Токио, начал строительство сетей наблюдения за сейсмической активностью и цунами вдоль впадины. Планировалось разместить 154 станции на расстоянии примерно друг от друга, каждая из которых оснащена акселерометром для наблюдения за сейсмическими изменениями и датчиком давления воды для наблюдения за цунами.
Землетрясение в Тохоку в 2011 году
11 марта 2011 года произошло землетрясение магнитудой 9,0 на границе зоны субдукции, где Тихоокеанская плита погружается под Японию в Японском желобе. Разрыв в центральной части желоба, протянувшийся примерно на [длину] в длину и [ширину] в ширину, произошел именно здесь. Это землетрясение считается самым мощным, зарегистрированным в Японии, и одним из четырех самых мощных землетрясений в мире с начала современных наблюдений в 1900 году. Это мега-толчковое землетрясение вызвало формирование гигантских цунами, которые обрушились на побережье северной Японии, вызвав разрушения. В результате катастрофы погибло около 16 000 человек, а также произошла катастрофическая авария 7-го уровня на трех ядерных реакторах АЭС «Фукусима-Дайити». Всемирный банк оценил общий ущерб в 235 миллиардов долларов США, что делает это стихийное бедствие самым дорогостоящим в истории.
Грубость поверхности
Большая магнитуда и частая сейсмическая активность в северной Японской впадине могут быть объяснены изменениями шероховатости поверхности субдуцирующей Тихоокеанской плиты. Области с гладким морским дном при субдукции коррелируют с типично крупными поддвиговыми землетрясениями в более глубокой части зоны межплитного соприкосновения. Землетрясений не наблюдалось и не сообщалось из приповерхностной асейсмической зоны северной Японской впадины. Области с шероховатым морским дном при субдукции коррелируют с крупными землетрясениями по нормальным разломам в области внешнего поднятия, а также с крупными цунами-землетрясениями, происходящими в приповерхностной части зоны межплитного соприкосновения (мега-толчковые события).
Океанское бурение
В 1980 году образцы липидов были получены из осадочных кернов, расположенных как с наветренной, так и с подветренной сторон Японской впадины, в ходе шести участков трансектов проекта глубоководного бурения. Анализ проводился с использованием газовой хроматографии и компьютерной газовой хроматографии-масс-спектрометрии. В образцах было обнаружено множество компонентов, таких как алифатические и ароматические углеводороды, кетоны, спирты, кислоты и другие полифункциональные соединения. Эти компоненты рассматриваются как индикаторы поступления терригенного, морского (небактериального) и бактериального материала в осадки Японской впадины. Экспедиция 343 проекта быстрого бурения Японской впадины проводилась под руководством и при поддержке Японского агентства морских наук и технологий (JAMSTEC). Бурение осуществлялось в два этапа: с 1 апреля по 24 мая 2012 года и с 5 по 18 июля 2012 года. Основной целью было лучше понять масштабный сдвиг по разлому, произошедший во время землетрясения Тохоку, и его потенциал как одного из основных факторов, вызывающих образование волн цунами вдоль северо-восточного побережья Японии. В 2013 году экспедиция 343 Интегрированной программы океанического бурения (IODP) собрала образцы осадочных пород из скважин в зоне разлома границы плит вдоль Японской впадины. Осадочные керны, полученные в ходе бурения, показали низкое трение как при косейсмических скоростях скольжения, так и при низких скоростях скольжения. Эти исследования и образцы подтверждают предположение о том, что фрикционные свойства зоны разлома могли спровоцировать обширное и неглубокое скольжение во время землетрясения Тохоку.
Палеосейсмология турбида
Образцы осадков в Японской впадине состоят главным образом из локализованных богатых глиной отложений. Поддвигающаяся Тихоокеанская плита формирует бассейны на дне Японской впадины, в которых накапливаются мелкозернистые турбидиты и межсейсмические осадки, переносимые мутными потоками. Эти турбидиты сохраняют осадочные отложения как геологическую летопись крупных землетрясений прошлого, отражая изменения в режиме осадконакопления посредством гравитационных потоков осадочного материала. Небольшие глубоководные бассейны с высокими скоростями осадконакопления, расположенные вдоль Японской впадины, обеспечивают благоприятные условия для изучения палеосейсмологии турбидитов.
Микробная активность
Во время исследования Японской впадины 1 января 1999 года был взят образец глубоководного донного осадка с глубины с использованием пробоотборника осадочных пород, сохраняющего давление. Анализ образцов, полученных в ходе экспедиции, показал, что микробное разнообразие демонстрирует широкое распространение различных типов в домене бактерий. Гены 16S рибосомной РНК были амплифицированы с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) для определения нуклеотидов и филогенетической идентификации бактерий. Дальнейший анализ жирных кислот, выделенных из тех же культур, подтвердил полученные филогенетические результаты. Обнаружение различных бактериальных групп в этих отложениях может служить индикатором микробного разнообразия Японской впадины.
Разведка
В 1987 году результаты исследовательской программы французско-японского "Кайко" в Японском желобе, а также сопутствующие данные, были использованы для создания и предложения модели субдукции цепей подводных гор между Японским и Курильским желобами, а также вдоль южной части Японского желоба. 11 августа 1989 года трехместный подводный аппарат "Shinkai 6500" спустился во время исследования Японского желоба. В октябре 2008 года совместная британо-японская команда обнаружила косяк пескарей *Pseudoliparis amblystomopsis* на глубине около 70 км в желобе. В то время это были самые глубоководные рыбы, когда-либо заснятые на видео. Рекорд был побит неизвестным видом пескарей, снятым на глубине в декабре 2014 года в Марианской впадине, и обновлен в мае 2017 года, когда другой неизвестный вид пескарей был заснят на глубине в Марианской впадине. 20 августа 2022 года в рамках совместной экспедиции Caladan Oceanic / University of Western Australia / JAMSTEC на глубоководном аппарате DSV *Limiting Factor* было совершено первое пилотируемое погружение на дно желоба. Пилот аппарата, исследователь Виктор Весково, и научный специалист миссии, профессор Хироси Китазато из Токийского университета морских наук и технологий, достигли максимальной глубины 8001 +/ 9 метров, согласно показаниям нескольких датчиков глубины, установленных на аппарате. Другие сонарные измерения желоба, выполненные сонаром Kongsberg EM124 экспедиции, показали максимальную глубину до 8012 +/ 11 метров на большей части его дна.