Tongagraben - Tonga Trench

Der Tonga-Graben bildet die nördliche Hälfte des Tonga-Kermadec-Subduktionssystems, das sich über 2.550 km (1.580 Meilen) zwischen Neuseeland und Tonga erstreckt.

Der Tonga-Graben ist ein ozeanischer Graben im südwestlichen Pazifik . Es ist der tiefste Graben auf der Südhalbkugel und der zweittiefste der Erde. Die schnellste plattentektonischer Geschwindigkeit auf der Erde an diesem Ort auftritt, wie die Pazifische Platte wird subduziert im Graben nach Westen.

Als die Apollo-13- Mission 1970 nach einer Explosion in einem Sauerstofftank abgebrochen wurde, als die Raumsonde zur Erde zurückkehrte, brach ihr thermoelektrischer Radioisotop-Generator in der Atmosphäre zusammen, und die Wärmequelle stürzte in einen Bereich des Pazifischen Ozeans, der entweder oder in der Nähe des Tongagrabens. Die atmosphärische und ozeanische Überwachung zeigte jedoch, dass kein Kernbrennstoff freigesetzt wurde.

Horizont tief

RV Horizon - 1948 als Hilfsflottenschlepper USS ATA-180

Der tiefste Punkt des Tonga-Grabens, der Horizon Deep bei 23.25833°S 174.726667°W , ist 10.800 ± 10 m (35.433 ± 33 ft) tief und ist damit der tiefste Punkt der südlichen Hemisphäre und der zweittiefste der Erde nach dem Challenger Tief im Marianengraben . Es ist nach dem Forschungsschiff Horizon der Scripps Institution of Oceanography benannt , dessen Besatzung im Dezember 1952 die Tiefe fand. 23°15′30″S 174°43′36″W /  / -23,25833; -174.726667

Als einer der tiefsten Hadalgräben beherbergen die Sedimente des Horizon Deep eine Gemeinschaft von Spulwürmern . Eine Studie aus dem Jahr 2016 ergab, dass die Häufigkeit von Individuen in dieser Gemeinschaft sechsmal größer ist als an einem Standort am Grabenrand ( ca. 6.250 m (20.510 ft)) in der Nähe der Tiefe und dass der Unterschied in der Biomasse zwischen diesen Standorten gleichmäßig ist größer. Dagegen ist die Artenvielfalt am Grabenhang doppelt so groß, wahrscheinlich wegen einer geringen Anzahl opportunistischer Arten im Graben. Die Zahlen für Abundanz und Biomasse sind für die Tiefen des Marianengrabens ähnlich, jedoch deutlich niedriger im Peru-Chile-Graben .

Abstieg mit Crew

Tiefes Tauchunterstützungsschiff DSSV-Druckabfall und DSV-Begrenzungsfaktor am Heck

Der Tongagraben und das Operationsgebiet wurden vom Versorgungsschiff , dem Deep Submersible Support Vessel DSSV Pressure Drop , mit einem Kongsberg SIMRAD EM124 Multibeam Echolotsystem vermessen. Die gesammelten Daten werden der Initiative GEBCO Seabed 2030 gespendet . Der Tauchgang war Teil der Five Deeps Expedition . Ziel dieser Expedition ist es, bis Ende September 2019 die tiefsten Punkte aller fünf Weltmeere gründlich zu kartieren und zu besuchen.

Als Teil der Five Deeps-Expedition wurde Sirena Deep, selbst 5.750 km (3.570 Meilen) von Horizon Deep entfernt, von Victor Vescovo beim ersten Abstieg mit Besatzung auf den Grund des Sirena Deep am 5. Juni 2019 (in der Deep-Submergence Fahrzeug- DSV-Begrenzungsfaktor (ein Tauchboot des Modells Triton 36000/2)) und gemessen in einer Tiefe von 10.823 m (35.509 ft) ±10 m (33 ft) durch direkte CTD- Druckmessungen. Dieser Abstieg und die direkte Tiefenmessung des Sirena Deep erfolgte einen Monat nach dem viermaligen Abstieg auf den Grund des Challenger Deep , der ebenfalls etwa 6.000 km vom Tonga-Graben entfernt ist.

Geologie

Tonga-Kermadec Lichtbogensystem

Die Region zwischen dem Tonga-Graben und dem Lau- Back-Arc-Becken , der Tonga-Kermadec-Rücken , bewegt sich unabhängig von der australischen und pazifischen Platte und ist in mehrere kleine Platten unterteilt, die Tonga- , Kermadec- und Niuafo'ou- Platten. Die Tonga-Platte ist dem Tonga-Graben zugewandt.

Das Tonga Trench-Arc-System ist eine von Extensionen dominierte, nicht-akkretionäre konvergente Marge. Die Pazifische Platte wird im Graben nach Westen subduziert . Die Konvergenzrate wurde auf 15 cm/Jahr (5,9 Zoll/Jahr) geschätzt, aber GPS- Messungen im nördlichen Graben zeigen dort eine Konvergenzrate von 24 cm/Jahr (9,4 Zoll/Jahr). Dies ist die schnellste Plattengeschwindigkeit auf der Erde, ein Ergebnis ist die aktivste Zone der Erdmantelseismizität . Die Subduktionsraten nehmen entlang des Tonga-Kermadec-Bogens nach Süden ab, von 24 cm/Jahr (9,4 Zoll/Jahr) im Norden auf 6 cm/Jahr (2,4 Zoll/Jahr) im Süden und werden auch nach Süden schräger. Die hohe Rate im Tonga-Graben ist im Wesentlichen auf eine geringere Ausdehnung im Lau-Becken zurückzuführen. Die Krustenerweiterung im Miozän Lau-Colville Ridge begann um 6 Ma, was die Eröffnung des Lau Basin-Havre Trogs einleitete. Diese Ausdehnung hat sich seither nach Süden ausgebreitet und sich zu einem Verbreitungszentrum im Laubecken vor dem Tongagraben entwickelt. So entsteht vor den Tonga-Kermadec-Gräben neue Kruste, während dahinter im Tonga-Graben alte Kruste verbraucht wird.

Pazifische Schneebrettlawine

Während die meisten großen Erdbeben in der Kontaktzone zwischen den beiden tektonischen Platten auftreten, die auf die Reibung bei der Subduktion zurückzuführen sind, werden andere in der Pazifischen Platte aufgrund ihrer Biegung erzeugt. Die in den Graben absteigende pazifische Kruste ist alt, 100–140 Ma, relativ kalt und kann daher viel elastische Energie speichern. Da es tief in den Erdmantel hineinreicht, mehr als 600 km (370 Meilen), und auf Barrieren stößt, wird es verzerrt, was tiefe Erdmantelbeben hervorruft.

c. 500 km (310 Meilen) unterhalb des Nord-Fidschi-Beckens ist ein abgetrenntes Segment der subduzierten australischen Platte mit der subduzierten pazifischen Platte kollidiert, was viele großflächige Erdbeben verursacht. Die subduzierte pazifische Platte wird bei der Kollision ebenfalls verformt, da sich beide Platten auf der 660 km langen Diskontinuität absetzen . Diese Plattenkollision ereignete sich wahrscheinlich 5–4 Ma, als sich das Lau-Becken zu öffnen begann.

Ozeanische Gräben sind wichtige Orte für die Bildung der späteren kontinentalen Kruste und für die Rückführung von Material in den Erdmantel . Entlang des Tonga-Grabens werden vom Mantel abgeleitete Schmelzen auf die Inselbogensysteme übertragen und abgrundtiefe ozeanische Sedimente und Fragmente ozeanischer Kruste gesammelt.

Übergang Tongagraben – Laubecken

An seinem nördlichen Ende biegt sich der Tonga-Graben nach Westen in die Mikroplatten, miteinander verbundenen Ausbreitungszentren und Deformationszonen des Lau-Beckens. Der Tonga-Graben hat aber auch eine Fortsetzung im inaktiven Vitiaz-Graben (nördlich des Kartengebiets), mit dem er vor der Öffnung des Nord-Fidschi-Beckens (westlich des Kartengebiets) einen einzigen zusammenhängenden Graben bildete.
Der Capricorn Seamount (Mitte rechts) sitzt am Osthang des Grabens.

Das nördliche Ende des Tonga-Grabens (bei 15°10'S) ist wahrscheinlich mit der Fidschi-Bruchzone verbunden , die von Osten nach Westen verläuft, nördlich von Fidschi, aber der Graben endet in einem komplexen Übergang von der Subduktion zu einer Streichbewegung und Seismizitätsmuster weisen darauf hin eine Anwesenheit von c. 100 km (62 mi) breite Übergangszone statt einer einfachen Transformationsstörung . In oder in der Nähe dieser Zone gibt es eine Dreifachverbindung zwischen Grat und Grat ( 15°37′S 174°52′W / 15.617°S 174.867°W / -15,617; -174.867 ), bekannt als King's oder Mangatolu Triple Junction (MTJ), die durch Deformationen und rezenten und intensiven Vulkanismus gekennzeichnet ist (siehe zum Beispiel Home Reef ). Der Vulkanbogen Tofua auf dem nördlichen Tonga Ridge erstreckt sich auf weniger als 40 km (25 Meilen) des nördlichen Endes des Grabens.

Nördlich des MTJ liegt das Süd-Nord-Trennende Northeast Lau Spreading Center (NELSC), das das nördliche Ende des Tonga-Grabens durchschneidet und eines von drei großen Ausbreitungszentren im nördlichen Lau-Becken (zusammen mit dem Futuna Spreading Center und Northwest Streuzentrum Lau.) Die maximale Streumenge in der NELSC beträgt 94 mm/a (3,7 Zoll/Jahr), aber die Streuung nimmt an beiden Enden des Streuzentrums auf Null ab. Die Gesamtausbreitungsrate zwischen der tongaischen und der australischen Platte beträgt jedoch 157 mm/a (6,2 in/Jahr), daher müssen zusätzliche Mikroplatten und/oder Deformationszonen vorhanden sein. Das NELSC erhält wahrscheinlich magmatische Beiträge vom Samoa-Hotspot . Der NELSC hat eine Morphologie, die der von sich langsam ausbreitenden Rücken mit vielen dicht gepackten Rücken und Trögen ähnelt. Dort wo er auf den Graben trifft, entwickelt sich eine Grat-Transform-Transform-Grenze zwischen dem Tonga Ridge, der Pazifischen Platte und der Australischen Platte.

Nordöstlich der 60° Krümmung des Tongagrabens ist der pazifische Meeresboden voller paralleler Linien. Diese wurden als Überreste eines erloschenen, von Ost nach West verlaufenden Ausbreitungszentrums auf der Pazifischen Platte interpretiert, das viel älter ist als der Tongagraben.

Kollision mit Louisville Seamount-Kette

An seinem südlichen Ende ( ca. 26°S) kollidiert der Tonga-Graben mit der Louisville Seamount Chain , einer Kette von Guyots und Seamounts auf der Pazifischen Platte, die ungefähr parallel zur Hawaiian-Emperor Seamount-Kette im Nordpazifik verläuft. Die Louisville-Kollisionszone wandert mit einer Geschwindigkeit von 18 cm/Jahr (7,1 Zoll/Jahr) nach Süden, da der schräge Winkel zwischen dem Louisville Ridge relativ zur Konvergenzrichtung unterschiedlich ist. Im östlichen Lau-Becken breiten sich die Verbreitungszentren in etwa gleich schnell nach Süden aus. Die Kollisionszone versetzt den Tonga-Graben auch im Vergleich zum Kermadec-Graben um ca. 50 km (31 Meilen). Der subduzierende Louisville Ridge hat eine erhebliche Erosion am äußeren Rand des südlichen Tonga-Vorbogens verursacht und wahrscheinlich die Senkung des Tonga-Grabens beschleunigt, ein Prozess, der den Tonga-Graben zum zweittiefsten Graben der Erde und erheblich tiefer als der Kermadec-Graben.

Der älteste und westlichste der Louisville Seamounts, der Osbourn Seamount , sitzt am Rand des Grabens und seine ehemalige flache Spitze neigt sich derzeit in Richtung des Grabens. Westlich des Osbourn Seamount wird der Graben durch eine breite Zone verwerflicher Blöcke um 3.000 m (9.800 ft) flacher, während der angrenzende Fore-Arc um ca. 300 m (980 ft) und von Canyons bedeckt .

Die Kollisionszone Louisville korreliert mit einer Zone seismischer Ruhe entlang des Tonga-Kermadec-Grabens, die als "Louisville Gap" bekannt ist. Diese Lücke in der Seismizität deutet darauf hin, dass subduzierende Seamounts die Seismizität in Subduktionszonen hemmen oder sogar verhindern, vielleicht durch zunehmende Intervalle zwischen Erdbeben, aber der Mechanismus hinter diesem Prozess ist kaum verstanden.

Geochemische Beweise deuten darauf hin, dass die Louisville-Kette seit 4 Ma unter den Tonga-Kermadec-Bogen fällt. Seismische Studien haben eine südwärts gerichtete Mantelströmung entlang des Bogens identifiziert, die darauf hindeutet, dass der pazifische Mantel durch den indo-australischen Mantel westlich des Tonga-Grabens ersetzt wird.

Osbourn-Trog

Der Osbourn Trog, auf 25,5 ° S nördlich der Kollisionszone Louisville Ridge gelegen, ist ein 900 km (560 Meilen) langer erloschener, sich ausbreitender Bergrücken auf halbem Weg zwischen zwei großen ozeanischen Plateaus nördlich bzw. südlich des Tongagrabens: Manihiki 1.750 km (1.090 Meilen) im Norden und Hikurangi 1.550 km (960 Meilen) im Süden. Diese Plateaus waren einst Teil der 100 × 10 6  km 3 (3,5 × 10 18  cu ft) großen magmatischen Provinz Ontong Java- Manihiki-Hikurangi (LIP). Die Ausbreitung zwischen den Plateaus hörte auf, als Hikurangi um 86 Ma mit dem Chatham Rise östlich von Neuseeland kollidierte . Das westliche Ende des Osbourn Trough wird vom Tonga Graben und sein östliches vom Wishbone-East Manihiki Scarp begrenzt. Dazwischen ist der Osbourn Trough in drei Segmente unterteilt, die durch Rechtsversätze getrennt sind. In der Nähe des Tongagrabens wird die Bathymetrie dieser Strukturen durch die Biegung der Pazifischen Platte beeinflusst. ^

Steinbock Seeberg

Der Capricorn Seamount ist ein Guyot an der Ostwand des nördlichen Tongagrabens (siehe Karte oben). Es ist ein großer Guyot, 100 km (62 mi) breit an seiner Basis, wobei ein kleiner Teil seines Riffs oder Lagunengipfels 440 m (1.440 ft) unter dem Meeresspiegel liegt. Die Krümmung der Pazifischen Platte am Tongagraben schneidet sie derzeit wie ein Brotlaib: Im Inneren des Guyot entwickelt sich parallel zum Graben ein von Norden nach Süden verlaufendes Horst- und Grabensystem; der Westhang des Guyot hat den 9.000 m (30.000 ft) tiefen Graben erreicht und hat begonnen, ihn zu füllen; Der Gipfel des Guyot ist um 1,7° zum Graben geneigt und sein Zentrum ist nur 45 km (28 Meilen) von der Grabenachse entfernt. Es wird erwartet, dass der Capricorn Seamount innerhalb von 500.000 Jahren vollständig vom Graben verbraucht wird.

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Quellen

Koordinaten : 22°56′41″S 174°43′59″W / 22.94472°S 174.73306°W / -22.94472; -174.73306