Ny undersøgelse forklarer, hvordan kontinenter efterlader deres rødder

I nogle områder af havbunden, et tektonisk mysterium ligger begravet dybt under jorden.

Havbunden indeholder nogle af de nyeste sten på Jorden, men under disse unge oceaniske plader er store swatches af meget ældre kontinenter, der er blevet forskudt fra deres kontinentalplader og overhalet af de yngre, tættere oceanisk plade.

Forskere har været forundret over dette fænomen i nogen tid:hvordan efterlader en kontinentalplade noget af sig selv?

I en ny undersøgelse offentliggjort i Geofysiske forskningsbreve , et tidsskrift fra American Geophysical Union, forskere har knyttet de forskudte stykker af kontinentalplader til et svagt led i pladens lag kaldet en mellemlitosfærisk diskontinuitet.

Skorpen og den øvre kappe udgør litosfæren, den stive, ydre del af jorden. En mellemlitosfærisk diskontinuitet kan forekomme i dette lag, løber vandret gennem midten af ​​litosfæren. Det er på dette sted, hvor det nederste lag af et kontinentets litosfære kan bryde væk fra sig selv og forflytte sig, efterlader store stykker af den nedre litosfære, kaldet en rod, som kan blive indlejret i oceanpladen på bagsiden af ​​kontinentalpladen.

Den nye undersøgelse finder, at tykkere og svagere mellemlitosfæriske diskontinuitetslag er mere tilbøjelige til at efterlade rødder længere fra deres kontinentale oprindelse, mens tyndere lag har mere styrke til at holde på deres rødder, når kontinentalpladerne bevæger sig, ifølge den nye undersøgelse.

"Dette er den første mekanisme til at forklare den storstilede forskydning af kontinental litosfære, der bliver efterladt under oceanisk litosfære, " sagde Timothy Kusky, direktør for Center for Global Tectonics ved China University of Geosciences i Wuhan, Kina, og medforfatter til det nye studie.

Kusky ligner processen med en jordnøddesmør og gelé -sandwich på et bord:sandwich er Jordens litosfære, og bordet er astenosfæren, det svage lag i den øvre kappe, der rummer de fleste pladeforskydninger. Jordnøddesmørret og geléen er den midterste lithosfæriske diskontinuitet, der binder de to halvdele af litosfæren sammen.

Hvis nogen skubbede sandwichen hen over bordet, kraften fra toppen ville flytte det øverste lag brød, men friktionen fra bordet trækker i den nederste skive brød. Mens sandwichen bevæger sig, de to stykker brød kan blive forskudt, og sandwich bliver ujævn, sagde Kusky.

Ligesom sandwichen, som kontinentalpladen langsomt bevæger sig, hastigheden af ​​den øvre litosfære kan være hurtigere end den nedre litosfære. Hvis "jordnøddesmør og gelé" er svag, den øverste del af litosfæren begynder at overgå dens nederste halvdel, efterlader den nedre litosfære for at blive overhalet af den tættere oceaniske plade.

Spørgsmålet Kusky og hans kolleger forsøger at besvare i den nye undersøgelse er:Kan vi modellere jordnøddesmør- og gelésandwichen?

Studiets forfattere skabte en numerisk model af den største dokumenterede kontinentale lithosfæreforskydning, en kontinental rod under det sydlige Atlanterhav, der var tilbage 1, 300 kilometer (mere end 800 miles) bagud af det afrikanske kontinent, hvorfra det stammer.

Undersøgelsens forfattere modellerede, hvordan mineralerne i litosfæren flyder, og hvor hurtigt kontinentalpladen ville have bevæget sig på det tidspunkt, omkring 130 millioner år siden. Forskerne kørte 225 modeller af kontinentalpladen, ved at bruge forskellige tykkelser for den midterste lithosfæriske diskontinuitet mellem 10 og 50 kilometer bred (5 til 31 miles bred) for at undersøge lagets styrke, der holder de to laterale halvdele sammen. Modellerne inkorporerede også en række pladehastigheder og viskositet, eller klæbrighed på grund af friktion, af den midterste lithosfæriske diskontinuitet.

Modellen afslørede, at jo tykkere mid-litosfærisk diskontinuitetszone, jo større pladeforskydning ville være. En tyndere "gelé" med høj viskositet var mindre tilbøjelig til at opleve forskydning fra den øvre litosfære, eller i det mindste kun spore lidt bagud. Men et tykt mellemlitosfærisk diskontinuitetslag, mere end 25 kilometer tyk (ca. 15 miles tyk), kan føre til store forskydninger. Over 100 millioner år, nogle rødder kan vinde op på 10, 000 kilometer (6, 200 miles) væk fra det kontinent, de stammer fra, ifølge modellerne.

I tilfælde af 1. 300 kilometer (800 mil) afrikansk offset, forskerne vurderer, at den midterste lithosfæriske diskontinuitet var omkring 40 kilometer tyk og rejste fra hinanden med en hastighed på 1 til 3,25 centimeter om året (ca. 0,39 til 1,28 tommer).

At forstå disse pladeforskydninger kan hjælpe forskere med at forstå, hvordan de kontinentale stykker af litosfæren kan påvirke oceaniske plader og deres sammensætning, sagde Zhensheng Wang, en geovidenskabsmand ved China University of Geosciences i Wuhan, Kina, og medforfatter til det nye studie.

Et eksempel til yderligere undersøgelse under denne nye model ville være Ontong Java-plateauet i Stillehavet, det største enkeltstående oceaniske plateau på Jorden.

"I virkeligheden repræsenterer det et nyt skridt i pladetektonikken, " sagde Kusky om det nye studie. "Hvis vi kan forklare den midt-litosfæriske diskontinuitet, så kan vi forklare mange af de gådefulde ting i oceanografi og pladetektonik generelt."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et fællesskab af blogs om jord- og rumvidenskab, vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.