Геодинамическая эволюция зон субдукции часто бывает сложной, в частности, из-за изменчивости природы и геологии взаимодействующих литосфер, 3D-геометрии плит и связанных с ними мантийных потоков.
Для того чтобы понять временную эволюцию этой динамики, необходимо рассмотреть долгосрочные геологические данные, включая современную кинематику, многолетнюю историю деформации и магматизма в верхней плите.
Это приводит к концептуальным моделям, подразумевающим сложный физический процесс, который может быть проверен с помощью цифрового моделирования.
Исследование восточного Средиземноморья.
В данной ситуации объектом исследования стало восточное Средиземноморье, где со времен мезозоя действует зона долгоживущей субдукции.
В этом регионе активная окраина Тетиана характеризуется последовательными субдукциями океанических и континентальных лент, эпизодами отступления слябов и возможными процессами разрыва слябов, особенно в интерпретации томографических моделей с низкоскоростной аномалией ниже Анатолии.
При использовании программного обеспечения G-Plates, была впервые смоделирована кинематическая эволюция Восточного Средиземноморья за последние 100 млн лет, получив большое количество геологических данных, включая магматические явления.
С 35-30 млн. лет геодинамика этого региона характеризуется субдукцией и столкновением Аравии с Евразией, а также развитием крупного задугового пространства в Эгейском регионе в результате увеличения скорости отступления слябов.
Это отступление плит связано с миграцией высокотоксичного магматизма в задуговой области на юг со временем, а также с быстрым юго-западным перемещением эгейских плутонов в период среднего миоцена из Мендереса в Киклады.
Кроме того, произошло существенное изменение в динамике открытия задней дуги в среднем миоцене с новым увеличением скорости отступания траншей и крупномасштабными вращениями блоков на краю этого протяженного участка в Эллинидах и Западной Анатолии. Это кинематическое изменение совпадает с юго-западной миграцией задуговых плутонов и увеличением их мантийного компонента по сравнению с компонентом коры с востока на запад.
Наконец, с 15 млн лет назад в Эгейском море и Западной Анатолии наблюдался редкий щелочной вулканизм с тем же трендом миграции на запад, указывающий на горячее астеносферное восхождение, связанное с низкой скоростью частичного таяния.
Используя трехмерное термомеханическое численное моделирование высокого разрешения, можно воспроизвести относительно простую модель отступающей субдукции, соседствующей с коллизионным участком, которую можно сравнить с этими геологическими наблюдениями.
Эти численные эксперименты проводятся с определенным кодом с учетом ньютоновской вязко-пластической геологии и, в частности, интеграции процессов частичного плавления и извлечения расплава, а также механизма переноса жидкости и расплава.
Разрешающая способность решетки составляет 3,4, 2,5 и 4,4 км в x,y и z измерениях, соответственно, и примерно 130 миллионов дополнительных случайно распределенных движущихся маркеров.
Первоначальная конфигурация модели показывает сближение океанической литосферы и континентальной плиты (рассматриваемой как Аравия) к континентальной верхней плите (рассматриваемой как Евразия).
Эволюция модели показывает сначала субдукцию океанической коры, затем континентальной коры под верхним краем плиты, которая растягивается в результате отступления траншеи.
Когда силы плавучести и силы тяги плиты превышают прочность литосферы, плита сначала разрывается горизонтально, а затем вертикально вдоль субдуцированных материковых окраин. Разрыв плиты приводит к эксгумации и отскоку субдуцированной континентальной коры и установлению коллизионного режима.
Помимо коллизионного участка, океаническая субдукция затягивается на более длительный период, а откат и отступление плит и траншей происходит быстрее, поскольку разрыв плит уменьшает размерность плит при длительных пробегах. Следовательно, скорость выдвижения верхней пластины увеличивается, а продольная деформация компенсирует вращение блоков коры.
Отскок субдуцированной континентальной коры после разрыва плиты в сочетании с 3D мантийным течением переносит частично расплавленный клин мантии к основанию вытянутой верхней континентальной плиты.
Затем этот материал постепенно мигрирует в сторону субдуцирующей океанической плиты, постепенно замещая частично гидратированный и расплавленный материал коры, ранее разработанный в задуговой области.
Наконец, астеносферный материал поднимается в основании коры, подвергаясь возможному адиабатическому частичному плавлению, вызывающему развитие щелочного вулканизма на поверхности.
Данное исследование демонстрирует потенциал такого двустороннего подхода, предполагающего самостоятельную реконструкцию долгосрочной эволюции зон субдукции на основе кинематических реконструкций и 3D термомеханического численного моделирования для изучения сложных взаимодействий между поведением плит, магматической историей, потоком мантии и деформацией коры.
