צומת משולש

מפה פשוטה של צומת משולש R-T-F: רכס (R), תעלה (T) ושבר טרנספורמציה (F) של לוחות טקטוניים A, B ו-C, עם חצים המציינים את כיוון תנועת הלוח.

צומת משולש (באנגלית: Triple Junction) הוא הנקודה שבה נפגשים גבולותיהם של שלושה לוחות טקטוניים. בצומת משולש, כל אחד משלושת הגבולות יהיה אחד משלושה סוגים - רכס (R), שקע (T) או העתק הסטה אופקית (F) - וניתן לתאר צמתים משולשים לפי סוגי שולי הלוחות הנפגשים בהם (למשל שבר-שבר-שקע; רכס-רכס-רכס; או בקיצור F-F-T, R-R-R וכו'). מבין עשרת הסוגים האפשריים של צמתים משולשים, רק מעטים יציבים לאורך זמן. מפגש של ארבעה לוחות או יותר אפשרי גם הוא תאורטית, אך צמתים כאלה יתקיימו רק באופן זמני.

יציבות

ניתן לתאר צמתים משולשים ולהעריך את יציבותם ללא שימוש בפרטים גאולוגיים, אלא פשוט על ידי הגדרת המאפיינים של הרכסים, השקעים והעתקי ההסטה האופקית המעורבים, ביצוע הנחות פישוט, ויישום חישובי מהירות פשוטים. הערכה זו יכולה להכליל את רוב הגדרות הצמתים המשולשים בפועל, בתנאי שההנחות וההגדרות חלות באופן כללי על כדור הארץ האמיתי. צומת יציב הוא צומת שבו הגאומטריה של הצומת נשמרת לאורך זמן, כאשר הלוחות המעורבים נעים. זה מציב מגבלות על מהירויות יחסיות וכיוון גבולות הלוחות. צומת משולש לא יציב ישתנה עם הזמן, אם כדי להפוך לצורה אחרת של צומת משולש (צמתים RRF מתפתחים בקלות לצמתים FFR), או יְשָנֵה גאומטריה,או שפשוט יעבור (תאורטית) לסוג שאינו אפשרי (כמו במקרה של צמתים FFF). חוסר היציבות הטבועה בצומת FFF נחשבת ככזו שגרמה להיווצרות הלוח הפסיפי לפני כ-190 מיליון שנה.

בהנחה שהלוחות קשיחים וכדור הארץ כדורי, ניתן להשתמש במשפט התנועה של לאונרד אוילר על כדור, כדי לצמצם את הערכת היציבות לקביעת גבולות ותנועות יחסיות של לוחות הפועלים באינטראקציה. ההנחה הנוקשה מתקיימת היטב במקרה של קרום אוקייני, ורדיוס כדור הארץ בקו המשווה ובקטבים משתנה רק בגורם של בערך אחד ל-300, כך שכדור הארץ מתקרב היטב לכדור.

מקנזי ומורגן ניתחו לראשונה את יציבותם של צמתים משולשים, תוך שימוש בהנחות אלו, עם ההנחה הנוספת שקטבי אוילר המתארים את תנועות הלוחות, היו כאלה שהם מתקרבים לתנועה בקו ישר על משטח ישר. פישוט זה חל כאשר קטבי אוילר מרוחקים מהצומת המשולש המדובר. ההגדרות בהן השתמשו עבור R, T ו-F הן כדלקמן:

• R – מבנים המייצרים ליתוספרה באופן סימטרי, ובניצב למהירות היחסית של הלוחות משני הצדדים (זה לא תמיד חל, למשל במפרץ עדן).
• T – מבנים הצורכים ליתוספרה מצד אחד בלבד. וקטור המהירות היחסית יכול להיות אלכסוני לגבול הלוח.
• F – שברים פעילים במקביל לווקטור ההחלקה (התנועה היסית).

קריטריונים ליציבות

כדי שיתקיים צומת משולש בין הלוחות A, B ו-C, יש לעמוד בתנאי הבא:

_Av_B + _Bv_C + _Cv_{A = 0}

_{כאשר: A}v_{B הוא התנועה היחסית של לוח A ביחס ללוח B וכן הלאה.}

ניתן לייצג מצב זה במרחב המהירות על ידי בניית משולש מהירות ABC שבו האורכים AB, BC ו-CA פרופורציונליים למהירויות AvB, BvC ו-CvA בהתאמה.

יש לעמוד בתנאים נוספים כדי שהצומת המשולש יתקיים ביציבות - הלוחות חייבים לנוע באופן שישאיר את הגאומטריה האינדיבידואלית שלהם ללא שינוי. לחלופין, הצומת המשולש חייב לנוע באופן כזה שהוא יישאר על שלושת גבולות הלוחות המעורבים.

מקנזי ומורגן הדגימו כי ניתן לייצג קריטריונים אלה באותן דיאגרמות מרחב מהירות באופן הבא. הקווים ab, bc ו-ca מחברים נקודות במרחב המהירות, מה שישאיר את הגאומטריה של AB, BC ו-CA ללא שינוי. קווים אלה זהים לאלה המחברים נקודות במרחב המהירות, שבהן צופה יכול לנוע במהירות הנתונה, ועדיין להישאר על גבול הלוח. כאשר אלה מצוירים על הדיאגרמה המכילה את משולש המהירות, קווים אלה חייבים להיות מסוגלים להיפגש בנקודה אחת, כדי שהצומת המשולש יתקיים ביציבות.

קווים אלה בהכרח מקבילים לגבולות הלוחות, שכן כדי להישאר על גבולות הלוחות, הצופה חייב לנוע לאורך גבול הלוחות או להישאר נייח עליו.

• עבור רכס, הקו שנבנה חייב להיות חוצה את וקטור התנועה היחסי, שכן כדי להישאר במרכז הרכס, הצופה יצטרך לנוע במחצית המהירויות היחסיות של הלוחות משני הצדדים, אך הוא יכול גם לנוע בכיוון ניצב לאורך גבול הלוחות.
• עבור שבר טרנספורמציה, הקו חייב להיות מקביל לווקטור התנועה היחסי, שכן כל התנועה מקבילה לכיוון הגבול, ולכן הקו ab חייב להיות לאורך AB עבור שבר טרנספורמציה המפריד בין הלוחות A ו-B.
• כדי שצופה יישאר על גבול תעלה/שקע, עליו ללכת לאורך כיוון התעלה אך להישאר על הלוח "הרוכב". לכן, הקו שנבנה יהיה מקביל לגבול הלוחות, אך יעבור דרך הנקודה במרחב המהירות שתפוס על ידי הלוח ה"הרוכב".

הנקודה J שבה קווים אלה נפגשים, נותנת את התנועה הכוללת של הצומת המשולש ביחס לכדור הארץ.

באמצעות קריטריונים אלה ניתן להראות בקלות מדוע צומת משולש FFF אינו יציב: המקרה היחיד שבו שלושה קווים הנמצאים לאורך צלעותיו של משולש יכולים להיפגש בנקודה הוא המקרה הטריוויאלי שבו אורכי הצלעות של המשולש הם אפס, המתאימים לאפס תנועה יחסית בין הלוחות. מכיוון ששברים נדרשים להיות פעילים לצורך הערכה זו, צומת FFF לעולם לא יכול להיות יציב.

סוגי צמתים משולשים

גבולות הלוחות העיקריים: הרכסים באדום; השקעים בירוק; העתק הסטה אופקי(מיון העתקים) בשחור. הצמתים המשולשים מסומנים בנקודות צהובות.

מקנזי ומורגן קבעו כי תאורטית קיימים 16 סוגים של צמתים משולשים אפשריים, אם כי כמה מהם ספקולטיביים, ולא בהכרח נצפו על פני כדור הארץ. צמתים אלה סווגו ראשית לפי סוגי גבולות הלוחות הנפגשים - לדוגמה R-R-R, T-T-R, R-R-T, F-F-T וכו', ושנית, לפי כיווני התנועה היחסיים של הלוחות המעורבים. תצורות מסוימות כמו R-R-R יכולות להיות בעלות רק קבוצה אחת של תנועה יחסית, בעוד שצמתים T-T-T ניתנים לסווג ל-T-T-T(a) ו-T-T-T(b). הבדלים אלה בכיוון התנועה משפיעים על קריטריוני היציבות.

מקנזי ומורגן טענו שמתוך 16 סוגים אלה, 14 היו יציבים כאשר תצורות F-F-F ו-R-R-F לא יציבות. אולם, York הראה מאוחר יותר, שתצורת R-R-F יכולה להיות יציבה בתנאים מסוימים.

צמתי רכס - רכס - רכס

צומת R-R-R תמיד יציב לפי הגדרות אלה ולכן נפוץ מאוד על פני כדור הארץ, אם כי במובן גאולוגי, התפשטות הרכסים בדרך כלל מופסקת בכיוון אחד, ומשאירה אזור בקע כושל. ישנן דוגמאות רבות לכך כיום, וגם בעבר הגאולוגי, כמו: פתיחת דרום האוקיינוס האטלנטי עם רכסים המתפשטים צפונה ודרומה ליצירת רכס מרכז האוקיינוס האטלנטי; ובקע כושל הקשור בשקע בניוּ, באזור דלתת ניז'ר באפריקה. צמתים של R-R-R נפוצים גם מהסיבה שבקיעה לאורך שלושה סדקים בזווית של 120°, היא הדרך הטובה ביותר להקל על מתחים מהתרוממות על פני כדור. על פני כדור הארץ, מאמינים כי מתחים דומים לאלה נגרמים על ידי נקודות חמות במעטפת, שנחשבות כגורמות לתחילת בקע ביבשות. יציבותם של צמתי RRR מוצגת כאן, גם מכיוון שהחוצים הניצבים של צלעות המשולש, תמיד נפגשים בנקודה אחת, וניתן תמיד לגרום לקווים ab, bc ו-ca להיפגש ללא קשר למהירויות היחסיות.

צמתי רכס - שקע - העתק

צמתים מסוג R-T-F פחות נפוצים. צומת לא יציב מסוג זה (R-T-F(a)) נחשב לקיים כבר בערך 12 מיליון שנה בפתח מפרץ קליפורניה, שם הרכס המזרח פסיפי פוגש כיום את אזור העתק סן אנדראס. המיקרו-לוחות גוואדלופ ופראלון נחתו בעבר אל מתחת ללוח הצפון אמריקאי, והקצה הצפוני של גבול זה פגש את העתק סן אנדראס. החומר להפחתה זו סופק על ידי רכס המקביל לרכס המזרח פסיפי המודרני, שזז מעט מערבית לשקע. כאשר הרכס עצמו נחת, היה קיים לרגע צומת משולש של R-T-F, אך ההפחתה של הרכס גרמה לליתוספירה המופחתת להיחלש ו"להיקרע" מנקודת הצומת המשולש. אובדן משיכת הלוח שנגרם עקב ניתוק הליתוספירה הזו, סיים את צומת ה-R-T-F, ויצר את מערכת הרכס-שבר של ימינו. R-T-F(a) יציב אם ab עובר דרך הנקודה במרחב המהירות C, או אם ac ו-bc הם ליניאריים.

צמתי שקע - שקע שקע

צומת T-T-T(-a) ניתן למצוא במרכז יפן, שם הלוח האירו-אסיאתי "רוכב" על הלוח הפיליפיני והלוח והפסיפי, כאשר הלוח הפיליפיני רוכב גם על הלוח הפסיפי. כאן, שקע יפן מסתעף למעשה, ויוצר את קשתות ריוקיו ובונין . קריטריוני היציבות לסוג זה של צומת הם או ש - ab ו-ac יוצרים קו ישר' או שהקו bc מקביל ל-CA.

דוגמאות

• 

  צומת הים האדום, מפרץ עדן והבקע המזרח אפריקאי , שבמרכזו משולש אפאר (צומת משולש אפאר), הוא הצומת המשולש R-R-R היחיד מעל פני הים. במפה משמאל משולש אפאר: מסוג R-R-R: הרכס המרכז אוקייני של הים האדום, של מפרץ עדן, והרכס של שקע אפאר שנפתח משני צידיו בדרכו ל"אוקיינוס עוברי".
• צומת משולש רודריגז הוא צומת משולש R-R-R בדרום האוקיינוס ההודי, שם נפגשים הלוחות האפריקאי, ההודו-אוסטרלי והאנטארקטי.
• הצומת המשולש של גלאפגוס הוא צומת משולש מסוג R-R-R שבו נפגשים לוחות נסקה, קוקוס והלוח הפסיפי. הרכס המזרח פסיפי משתרע צפונה ודרומה מצומת זה, ומרכָּז ההתפשטות של קוקוס-נסקה הולך מזרחה. דוגמה זו מורכבת עוד יותר על ידי המיקרו-לוח של גלאפגוס , שהוא לוח קטן נפרד, הנמצא בעלייה ממש מדרום-מזרח לצומת המשולש.
• חוף צ'יאפס מול טפצ'ולה, היכן שגואטמלה והלוח הקריבי , הלוח הצפון אמריקאי ולוח קוקוס מתחברים, ורעידות אדמה קטנות מתרחשות שם מדי שבוע. לוח קוקוס דוחף אותם מזרחה. מדובר בצומת מסוג T-T-F.
• צומת משולש מנדוסינו בחוף המערבי של צפון אמריקה נמצא צומת משולש נוסף ולא יציב מול חופי כף מנדוסינו . מדרום, העתק סן אנדראס, שהוא העתק הסטה אופקית, וגבול לוחות טרנספורמציה, מפריד בין הלוח הפסיפי ללוח הצפון אמריקני. מצפון שוכן אזור ההפחתה של קסקדיה , שם קטע מלוח חואן דה פוקה, הנקרא לוח גורדה, נוחת מתחת ללוח הצפון אמריקני ויוצר תעלה (T). שבר טרנספורמציה נוסף, העתק מנדוסינו (F), עובר לאורך הגבול בין הלוח הפסיפי ללוח גורדה. במקום בו שלושת ההצטלבויות (העתק סן אנדריאס, עם העתק מנדוסינו ועם השקע שיוצר אזור ההפחתה של קסקדיה ), נמצא צומת משולש מנדוסינו הפעיל סייסמית, F-F-T.

  

• צומת משולש בוסו היכן שהלוח האמורי, המיקרו לוח אוחוצק כחלק מהלוח הצפון אמריקאי, והלוח הפיליפיני נפגשים בחוף יפן ליד הר פוג'י בצומת מסוג T-T-T (אחד מתוך שניים מסוג זה הידועים, השני הוא צומת משולש ים בנדה ). במפה משמאל צומת משולש בוסו: בצהוב הלוח הפסיפי; בוורוד הלוח הפיליפיני; ומצפונו בסגול הלוח הצפון אמריקאי: שלושתם לאורך שקעים אוקייניים.
• הצומת המשולש של האיים האזוריים הוא צומת משולש שבו מצטלבים גבולותיהם של שלושת הלוחות טקטוניים: הלוח הצפון אמריקאי, הלוח האירו-אסיאתי והלוח האפריקאי , צומת מסוג R-R-R.
• צומת המשולש שנכחד הוא הים הצפוני שממוקם במפגש של שלושה לוחות יבשתיים לשעבר מהתקופה הפלאוזואיקונית: אוואלוניה , לאורנטיה ובלטיקה .
• הצומת המשולש של דרום גרינלנד היה צומת משולש מסוג R-R-R שבו התפצלו הלוחות אירואסיה, לוח גרינלנד וצפון אמריקה במהלך הפלאוגן.
• הצומת המשולש של צ'ילה הוא המקום בו נפגשים הלוח הדרום אמריקאי, לוח נסקה והלוח האנטארקטי והוא מסוג R-R-T.

גלריה

• 
  הצומת המשולש של צ'ילה.
• 
  צומת רודריגז: מדרום הלוח האנטארקטי, משמאל ההודי ומימין ההודו-אוסטרלי.
• 
  צומת המשולש של גאלאפאגוס: לוחית המיקרו של גלאפגוס נוצרת בצומת המשולש של לוחות נסקה (מוצג בוורוד), קוקוס והפסיפי.
• 
  צומת משולש מנדוסינו (בתחתית המפה)
• 
  צומת משולש האיים האזוריים בסמוך למצר גיברלטר. מדרום הלוח האפריקאי, ממערב הלוח הצפון אמריקאי וממזרח הלוח האירואסייתי.