Seismisk CT-scanning peger på hurtig løft af det sydlige Tibet

Brug af seismiske data og supercomputere, Rice University geofysikere har udført en massiv seismisk CT-scanning af den øvre kappe under det tibetanske plateau og konkluderet, at den sydlige halvdel af "Verdens tag" er dannet på mindre end en fjerdedel af tiden siden begyndelsen af ​​Indien-Eurasiens kontinentale kollision.

Forskningen, som vises online i denne uge i bladet Naturkommunikation , finder, at det sydlige Tibets høje højde stort set blev opnået inden for 10 millioner år. Kontinentale Indiens tektoniske kollision med Asien begyndte for omkring 45 millioner år siden.

"De funktioner, vi ser i vores tomografiske billede, er meget forskellige fra, hvad der er blevet set før ved brug af traditionelle seismiske inversionsteknikker, " sagde Min Chen, risforskeren, der stod i spidsen for projektet. "Fordi vi brugte fuld bølgeforminversion til at assimilere et stort seismisk datasæt, vi var i stand til tydeligere at se, hvordan den øvre kappe-litosfære under det sydlige Tibet adskiller sig fra den omkringliggende region. Vores seismiske billede tyder på, at den tibetanske litosfære blev tykkere og dannede en tættere rod, der brød væk og sank dybere ned i kappen. Vi konkluderer, at det meste af hævningen i det sydlige Tibet sandsynligvis fandt sted, da denne litosfæriske rod brød væk."

Forskningen kunne hjælpe med at besvare mangeårige spørgsmål om Tibets dannelse. Kendt som "Verdens Tag, " det tibetanske plateau står mere end tre miles over havets overflade. Den grundlæggende historie bag dets tilblivelse - den tektoniske kollision mellem de indiske og eurasiske kontinenter - er velkendt af skolebørn verden over, men de specifikke detaljer er forblevet uhåndgribelige. For eksempel, hvad får plateauet til at rejse sig, og hvordan påvirker dets høje højde jordens klima?

"Den førende teori hævder, at plateauet steg kontinuerligt, da den kontinentale kollision mellem Indien og Eurasien begyndte, og at plateauet opretholdes af den nordlige bevægelse af den indiske plade, som tvinger plateauet til at forkorte vandret og bevæge sig opad samtidigt, " sagde studie medforfatter Fenglin Niu, professor i geovidenskab ved Rice. "Vores resultater understøtter et andet scenarie, et hurtigere og mere pulserende løft af det sydlige Tibet."

Det tog tre år for Chen og hans kolleger at færdiggøre deres tomografiske model af skorpen og den øvre kappestruktur under Tibet. Modellen er baseret på aflæsninger fra tusindvis af seismiske stationer i Kina, Japan og andre lande i Østasien. Seismometre registrerer ankomsttiden og amplituden af ​​seismiske bølger, energiimpulser, der frigives ved jordskælv, og som rejser gennem Jorden. Ankomsttiden for en seismisk bølge ved et bestemt seismometer afhænger af, hvilken type sten den har passeret igennem. At arbejde baglæns fra instrumentaflæsninger for at beregne de faktorer, der producerede dem, er noget, forskerne omtaler som et omvendt problem, og seismologiske omvendte problemer med fulde bølgeformer, der inkorporerer alle slags brugbare seismiske bølger, er nogle af de mest komplekse inverse problemer at løse.

Chen og kolleger brugte en teknik kaldet fuldbølgeforminversion, "en iterativ fuld-bølgeform-matching-teknik, der bruger en kompliceret numerisk kode, der kræver parallel beregning på supercomputere, " hun sagde.

"Teknikken giver os virkelig mulighed for at bruge alle vrikkene på et stort antal seismografer til at opbygge en mere realistisk 3D-model af Jordens indre, på samme måde som hvaler eller flagermus bruger ekko-lokalisering, " sagde hun. "De seismiske stationer er som dyrets ører, men det ekko, de hører, er en seismisk bølge, der enten er blevet transmitteret gennem eller prellet af underjordiske træk inde i Jorden."

Den tomografiske model inkluderer funktioner til en dybde på omkring 500 miles under Tibet og Himalaya-bjergene. Modellen blev beregnet på Rice's DAVinCI-computerklynge og på supercomputere ved University of Texas, der er en del af National Science Foundations Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE).

"Mekanismen, der førte til fremkomsten af ​​det sydlige Tibet, kaldes litosfærisk fortykkelse og grundlæggelse, " sagde Chen. "Dette skete på grund af konvergens mellem to kontinentalplader, som hver er flydende og ikke lette at trække under den anden plade. En af pladerne, i dette tilfælde på den tibetanske side, var mere deformerbar end den anden, og det begyndte at deformeres for omkring 45 millioner år siden, da kollisionen begyndte. Skorpen og det stive låg af den øvre kappe - litosfæren - deformeret og fortykket, og den tættere nedre del af denne fortykkede litosfære blev til sidst grundlagt, eller brød af fra resten af ​​litosfæren. I dag, i vores model, vi kan se en T-formet sektion af denne grundlagte litosfære, der strækker sig fra en dybde på omkring 250 kilometer til mindst 660 kilometer."

Chen sagde, at efter at den tættere litosfæriske rod brød væk, den resterende litosfære under det sydlige Tibet oplevede en hurtig løft som reaktion.

"Det T-formede stykke af grundlagt litosfære sank dybere ind i kappen og inducerede også varm opstrømning af asthenosfæren, som fører til overflademagmatisme i det sydlige Tibet, " hun sagde.

En sådan magmatisme er dokumenteret i regionens klippejournal, begynder for omkring 30 millioner år siden i en epoke kendt som Oligocæn.

"Den rumlige sammenhæng mellem vores tomografiske model og oligocæn magmatisme antyder, at den sydlige tibetanske hævning skete i et relativt kort geologisk spænd, der kunne have været så kort som 5 millioner år, " sagde Chen.