La fosa de Nankai (南海トラフ, Nankai Torafu , fosa del mar del Sur) es una fosa submarina situada al sur de la región de Nankaidō de la isla japonesa de Honshu , que se extiende aproximadamente 900 km (559 mi) de la costa. La falla subyacente , la megafalla de Nankai, es la fuente de los devastadores terremotos de megafalla de Nankai , mientras que la fosa en sí es potencialmente una fuente importante de combustible de hidrocarburos , en forma de clatrato de metano .
En la tectónica de placas , la depresión de Nankai marca una zona de subducción causada por la subducción de la placa del Mar de Filipinas debajo de Japón, parte de la placa euroasiática (Kanda et al., 2004). Este límite de placa sería una fosa oceánica excepto por un alto flujo de sedimentos que llena la fosa. Dentro de la fosa de Nankai hay una gran cantidad de sedimentos de fosa deformados (Ike, 2004), lo que constituye uno de los mejores ejemplos de prisma de acreción de la Tierra . Además, los estudios de reflexión sísmica han revelado la presencia de altos del basamento que se interpretan como montes submarinos que están cubiertos de sedimentos (Ike, 2004). La parte norte de la fosa se conoce como la fosa de Suruga , mientras que al este se encuentra la fosa de Sagami . La fosa de Nankai corre aproximadamente paralela a la línea tectónica media de Japón .
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Las estimaciones geológicas convencionales de las velocidades de movimiento de las placas son difíciles de realizar en la fosa de Nankai porque no hay crestas que se extiendan y delimiten la placa tectónica . Esta área no estaba en los modelos NUVEL originales (DeMets et al., 1990). Sin embargo, un estudio más reciente que incluía la placa del Mar de Filipinas se basó en datos del modelo NUVEL-1A (Zang et al., 2002). Este estudio estima que la subducción en la fosa de Nankai es de aproximadamente 43 mm/año. Los cálculos basados en REVEL indican que no hay acumulación de tensión en la fosa. Se ha calculado que las tasas de movimiento están en un rango de 3,0 ± 1,8 mm/año a 11,1 ± 1,7 mm/año (Sella et al., 2002). Como se mencionó anteriormente, el modelo de movimiento de placas NUVEL-1A no incluye la placa del Mar de Filipinas. Esto se debe a que las matemáticas de este modelo solo utilizaron doce placas y no se incluyeron el Mar de Filipinas ni el margen convergente euroasiático . Sin embargo, utilizando el movimiento de las placas de Eurasia a América del Norte, la tasa estimada fue de 2 a 4 mm/año (DeMets et al., 1990). Esto no concuerda con el modelo REVEL, lo que aparentemente indica que el modelo NUVEL-1A puede necesitar una revisión adicional.
Los depósitos en la depresión son principalmente turbiditas en cuña de trinchera (Spinelli et al., 2007). Hay indicios de un aumento en la retención de porosidad dentro de la roca. Típicamente la porosidad disminuye con el aumento de la profundidad. Sin embargo, hay una preservación anómala de la porosidad en profundidad en el sitio de perforación 1173. Esto se ha atribuido a la cementación de ópalo post-deposicional que está preservando la porosidad (Spinelli et al., 2007). Las arcillas detríticas, principalmente esmectita , muestran variación a lo largo del tiempo y la ubicación en la depresión de Nankai, así como en la cuenca de Shikoku. En profundidad hay un aumento en el contenido de arcilla esmectita en los sedimentos, lo que infiere que ha habido un cambio en la roca fuente de deposición (Steurer et al., 2003). Además, se produce una alteración geotérmica de la esmectita, convirtiéndola en arcilla ilítica (Steurer et al., 2003).
La fosa de Nankai se está deformando activamente y marca una región de actividad sísmica. La deformación se concentra en la zona imbricada más externa, con una cantidad significativa de empuje "fuera de secuencia" que se produce hacia tierra. Con base en el trabajo de Operto et al., 2006, se identificaron varias áreas de intensa actividad tectónica en la fosa de Nankai utilizando tomografía de forma de onda completa. La porción superior del prisma de acreción superior y el respaldo subyacente están actualmente sometidos a una gran cantidad de presión de compresión. Operto et al., 2006 identificaron varias fallas de empuje, de las cuales las fallas de empuje más cercanas a la zona de subducción están activas. Además, Pisani et al., 2006, identificaron proto-cabalgamientos y superficies de desprendimiento a lo largo de la fosa de Nankai. Recientemente ha habido un aumento en el interés en la liberación de agua de arcillas ilíticas en sedimentos en subducción. La conversión de esmectita en illita (ilitización) en las zonas de subducción probablemente se deba a la temperatura más alta encontrada en la zona de subducción en comparación con los sedimentos que no subducen (Saffer et al., 2005). La Expedición 370 del IODP intentará encontrar el límite de temperatura de la vida más profunda en la Tierra perforando en la fosa de Nankai, donde el flujo de calor es particularmente alto cerca de su límite con la placa tectónica joven y caliente del Mar de Filipinas en subducción. En el sitio objetivo, el gradiente geotérmico es aproximadamente cuatro veces más pronunciado que en otras partes del Océano Pacífico. Para alcanzar temperaturas de aproximadamente 130 °C en otras áreas se necesitarían recolectar núcleos a aproximadamente 4 kilómetros por debajo del fondo marino, en lugar de 1,2 kilómetros como lo había planeado la Expedición 370. [1] Finalmente, la Expedición 370 del IODP alcanzó una temperatura de ~120 °C a 1,2 kilómetros por debajo del fondo marino [2] [3] con evidencia mineral que muestra que hay profundidades localizadas con temperaturas significativamente más altas debido a fluidos calientes. [3]
La depresión de Nankai es la extensión cercana a la superficie de una zona de sismicidad activa que se sumerge por debajo del suroeste de Japón. La zona de ruptura se ha subdividido en cinco áreas con respecto al modelado sísmico (Mitsui et al., 2004). Estas cinco subdivisiones muestran diferencias interesantes en el comportamiento sísmico : frecuencia de terremotos que varía en un ciclo de 90 a 150 años (Mitsui, et al., 2004; Tanioka et al., 2004), ocurrencias de deslizamiento similares a lo largo de los segmentos de falla, el orden de falla de la subdivisión y, finalmente, diferentes características de falla. Se colocaron observatorios hidrológicos en pozos perforados en 2000 ( sitios IODP 808 y 1173) en un intento de cuantificar los cambios en la presión de fluido de poro que son resultado de la placa del Mar de Filipinas que se aproxima (Davis et al., 2006). El sitio 808 está ubicado en la sección frontal de la falla principal, mientras que el sitio 1173 está ubicado aproximadamente a 11 km de la zona frontal de empuje (Hitoshi et al., 2006). Otros resultados interesantes de las mediciones de presión fueron los cambios de presión que resultaron de la deformación de sedimentos cerca de los pozos y el efecto de enjambres de terremotos muy bajos en el momento de los cambios de presión (Davis et al., 2006). La hipótesis de trabajo es que los cambios de presión indican un cambio en la deformación elástica dentro de la formación (Davis et al., 2006).
Un cambio hacia el mar en la presión medida por los instrumentos del pozo probablemente indica una relajación de los sedimentos del gran terremoto de empuje anterior. Además, la sismicidad de corto período parece tener cierto grado de dependencia de los altos batimétricos como los montes submarinos. Esto fue concluido por Kanda et al., 2004, a través del análisis de inversión de datos sísmicos . Históricamente, el terremoto de gran escala más reciente que ocurrió en la depresión de Nankai fue en 1944 frente a la península de Kii . Utilizando estudios sismográficos recientes del fondo del océano, se ha determinado que la mayor parte de la sismicidad ocurre cerca del eje de la depresión (Obana et al., 2006). A lo largo del área occidental de la depresión de Nankai, la sismicidad parece estar relacionada con irregularidades en la estructura de la corteza como fracturas generadas a partir del fondo marino subducido, incluida la corteza de la cuenca de trasarco de la cuenca de Shikoku , así como debido a la serpentización del manto superior debajo de la placa superior (Obana et al., 2006). Recientes terremotos a gran escala resultantes de la subducción a lo largo de la depresión de Nankai han ocurrido en áreas donde se han producido aumentos a gran escala en el ángulo de inclinación de la placa en subducción (Hori et al., 2004).
Los núcleos de perforación del borde marítimo de la fosa de Nankai (donde el flujo de calor es uno de los más altos de la región) revelan que los sedimentos allí solo alcanzan madurez térmica de preventana petrolera a ventana petrolera temprana. [3] Sin embargo, la fosa es potencialmente una fuente importante de combustible de hidrocarburos, en forma de clatrato de metano. Sin embargo, a partir de 2014 [actualizar]no hay explotación comercial.
En las profundidades de los fondos oceánicos, en algunos casos el agua puede formar una estructura sólida similar al hielo que tiene metano atrapado en su red cristalina, formando hidratos de gas . La fuente de agua para la formación de hidratos de gas proviene con frecuencia de la deshidratación de una losa en subducción, así como de la placa superior (Muramatsu et al., 2006). Los hidratos de gas más cercanos a la depresión parecen provenir principalmente de la deshidratación asociada con la subducción, mientras que a medida que aumenta la distancia desde la depresión, la fuente es más un resultado del movimiento lateral de aguas enriquecidas con metano (Muramatsu et al., 2006). Esto se determinó perforando una serie de pozos y midiendo la concentración, así como la determinación radiométrica de la edad de los elementos halógenos yodo, bromo y cloro (Tomaru et al., 2007). La determinación de la edad del yodo indicó múltiples fuentes de metano.
Se ha estimado que los márgenes convergentes pueden contener hasta dos tercios del volumen total de hidratos de gas de la Tierra (Kastner, 2001). Se ha descrito que la fosa de Nankai contiene una gran cantidad de hidratos de gas y es uno de los sitios mejor estudiados de formaciones de hidratos de gas (Collett, 2002; Saito et al., 2007). La información sobre los hidratos de gas en la fosa de Nankai fue publicada inicialmente en 2000 por la Corporación Nacional de Petróleo de Japón. Los datos del comunicado de prensa procedían de una serie de perforaciones que se iniciaron a finales de los años 90. En esta zona, los principales controles sedimentológicos de la acumulación de hidratos de gas son las zonas ricas en arena de la fosa (Collett, 2002). La perforación de pozos indica la presencia de al menos tres zonas de hidratos de gas. Krason, 1994, estimó que hay entre 0,42 y 4,2×10 12 metros cúbicos de metano dentro de los hidratos de gas. Desde el punto de vista sísmico, los reflectores que simulan el fondo alto se consideran indicativos de hidratos de gas (Colwell et al., 2004). Los horizontes ricos en metano se han identificado como áreas de mayor atenuación de frecuencias sónicas (10 a 20 kHz) y solo una atenuación leve de frecuencias sísmicas (30 a 110 Hz) (Matsushima, 2006).
El complejo de acreción de Nankai es un área con un alto flujo de calor. [1] Su historia térmica es compleja debido a múltiples eventos de calentamiento o cambios de propiedades. Las expediciones del IODP perforaron el complejo de acreción de la fosa de Nankai y revelaron la historia térmica con análisis de núcleos de perforación. [4] El área era originalmente una cuenca (Cuenca de Shikoku) con actividad hidrotermal activa durante su formación. [3] A medida que la formación de la cuenca se detuvo y se produjo la sedimentación, los sedimentos actuaron como una manta para atrapar el calor debajo. La sedimentación rápida resultó en una mayor retención de calor. También hubo un flujo de fluidos subterráneos con fluidos mucho más calientes que la temperatura actual de los sedimentos, [3] lo que afectó la mineralización y, potencialmente, las propiedades físicas y biológicas de la región.
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