Varme fra Jordens kerne kan være underliggende kraft i pladetektonikken

I årtier, videnskabsmænd har teoretiseret, at bevægelsen af ​​Jordens tektoniske plader i høj grad er drevet af negativ opdrift, der skabes, når de afkøles. Ny forskning, imidlertid, viser pladedynamik drives betydeligt af den ekstra varme, der trækkes fra Jordens kerne.

De nye resultater udfordrer også teorien om, at undersøiske bjergkæder kendt som mid-ocean ridges er passive grænser mellem bevægelige plader. Resultaterne viser den østlige Stillehavsstigning, jordens dominerende midtocean-ryg, er dynamisk, når varme overføres.

David B. Rowley, professor i geofysiske videnskaber ved University of Chicago, og andre forskere kom til konklusionerne ved at kombinere observationer af East Pacific Rise med indsigt fra modellering af kappestrømmen der. Resultaterne blev offentliggjort 23. december i Videnskab fremskridt .

"Vi ser stærk støtte til betydelige bidrag fra dyb kappe af varme-til-plade-dynamik på Stillehavshalvkuglen, " sagde Rowley, hovedforfatter til papiret. "Varme fra bunden af ​​kappen bidrager væsentligt til styrken af ​​varmestrømmen i kappen og til den resulterende pladetektonik."

Forskerne vurderer, at op til cirka 50 procent af pladedynamikken drives af varme fra Jordens kerne og hele 20 terawatt varmestrøm mellem kernen og kappen.

I modsætning til de fleste andre midtoceanske højdedrag, East Pacific Rise som helhed har ikke bevæget sig øst-vest i 50 til 80 millioner år, selvom dele af den har spredt sig asymmetrisk. Denne dynamik kan ikke udelukkende forklares ved subduktionen - en proces, hvorved en plade bevæger sig under en anden eller synker. Forskere i de nye resultater tilskriver fænomenerne opdrift skabt af varme, der stammer fra dybt inde i Jordens indre.

"The East Pacific Rise er stabil, fordi strømmen, der stammer fra den dybe kappe, har fanget den, " sagde Rowley. "Denne stabilitet er direkte forbundet med og kontrolleret af kappeopwelling, " eller frigivelse af varme fra Jordens kerne gennem kappen til overfladen.

Den midtatlantiske højderyg, især i det sydlige Atlanterhav, kan også have direkte kobling med dyb kappestrøm, han tilføjede.

"Konsekvenserne af denne forskning er meget vigtige for alle videnskabsmænd, der arbejder med jordens dynamik, inklusive pladetektonik, seismisk aktivitet og vulkanisme, " sagde Jean Braun fra det tyske forskningscenter for geovidenskab, som ikke var involveret i undersøgelsen.

Kræfterne på arbejde

Konvektion, eller strømmen af ​​kappemateriale, der transporterer varme, driver pladetektonik. Som forudset i den aktuelle forskning, opvarmning ved bunden af ​​kappen reducerer materialets tæthed, giver den opdrift og får den til at stige gennem kappen og koble sig sammen med de overliggende plader, der støder op til East Pacific Rise. Den dybe kappe-afledte opdrift, sammen med pladekøling ved overfladen, skaber negativ opdrift, der tilsammen forklarer observationerne langs East Pacific Rise og de omkringliggende stillehavssubduktionszoner.

En debat om oprindelsen af ​​pladetektonikkens drivkræfter går tilbage til begyndelsen af ​​1970'erne. Forskere har spurgt:Kommer opdriften, der driver pladerne, primært fra pladekøling ved overfladen? analogt med afkøling og væltning af søer om vinteren? Eller, er der også en kilde til positiv opdrift hidrørende fra varme ved bunden af ​​kappen forbundet med varme udvundet fra kernen og, hvis så, hvor meget bidrager det til pladebevægelser? Sidstnævnte teori er analog med tilberedning af havregryn:Varme i bunden får havregrynene til at hæve, og varmetab langs den øverste overflade afkøler havregrynene, får det til at synke.

Indtil nu, de fleste vurderinger har favoriseret det første scenarie, med ringe eller intet bidrag fra opdrift hidrørende fra varme ved basen. De nye resultater tyder på, at det andet scenarie er påkrævet for at tage højde for observationerne, og at der er et omtrent ligeligt bidrag fra begge kilder til den opdrift, der driver pladerne, i hvert fald i Stillehavsområdet.

"Baseret på vores modeller for kappekonvektion, kappen fjerner muligvis så meget som halvdelen af ​​Jordens samlede konvektiv varmebudget fra kernen, " sagde Rowley.

Meget arbejde er blevet udført i løbet af de sidste fire årtier for at repræsentere kappekonvektion ved computersimulering. Nu skal modellerne revideres for at tage højde for kappeopwelling, ifølge forskerne.

"Betydningen af ​​vores arbejde er, at lærebøger skal omskrives, " sagde Rowley.

Forskningen kunne have bredere implikationer for forståelsen af ​​Jordens dannelse, sagde Braun. "Det har vigtige konsekvenser for Jordens termiske budget og den såkaldte 'sekulære afkøling' af kernen. Hvis varme, der kommer fra kernen, er vigtigere, end vi troede, dette indebærer, at den samlede varme, der oprindeligt er lagret i kernen, er meget større, end vi troede.

"Også, Jordens magnetfelt genereres af strømning i den flydende kerne, så resultaterne af Rowley og medforfattere vil sandsynligvis have implikationer for vores forståelse af eksistensen, karakter og amplitude af Jordens magnetfelt og dets udvikling gennem geologisk tid, " tilføjede Braun.