Hvordan Stillehavets havbund fik sin 60-graders bøjning

Hawaii sidder for enden af ​​en kæde af vulkaner, der løber over Stillehavet, men midt i denne kæde ligger en bøjning på 60 grader. I mange årtier har geoforskere kæmpet for at forklare præcis, hvordan og hvorfor denne funktion opstod for omkring 50 millioner år siden. En ny undersøgelse i Videnskab fremskridt ledet af postdoktor Mathew Domeier sammen med kolleger fra Center for Earth Evolution and Dynamics (CEED), Universitetet i Oslo, kaster lys over denne mangeårige geologiske kontrovers-Et massivt sammenstød ved kanten af ​​Stillehavet var synderen.

Kappe fjer og vulkankæder

Der er mere end øjet med Hawaii -Stillehavet. Øerne sidder i øjeblikket over en såkaldt kappe, eller en kanal af unormalt varm sten, der vokser op fra tusinder af kilometer dybt i Jordens indre. Denne varme funktion forklarer, hvorfor øerne er oversået med aktive vulkaner. Men Hawaii -øerne ligger også på den tektoniske plade i Stillehavet, som bevæger sig hen over toppen af ​​kappe -pluden - i et blåsende tempo på et par cm/år - hvilket betyder, at øerne i løbet af få millioner år vil have bevæget sig ud af den varme kanal og vulkanisme på Hawaii -øerne vil ophøre.

Da Hawaiis aktive vulkaner dør i fremtiden, nye vulkanske øer vil dukke op andre steder på Stillehavspladen, specifikt på steder, der erstatter Hawaii -øerne over den varme kanal. Denne proces ligner meget, hvad der ville ske, hvis du flyttede et ark papir over et stationært lys:papirets bevægelse registreres som et spor af brændemærker fra varmen på lyset nedenunder. Hawaii er i øjeblikket over "lyset, "men i fremtiden vil det være flyttet væk fra det, og lyset begynder at synge et nyt sted på papiret.

Denne proces er sket igen og igen i Jordens lange historie, og Hawaii er blot det seneste vulkanske kapitel i en historie, der strækker sig bagud mindst 80 millioner år. Hawaii-øerne ligger for enden af ​​en kæde af nu uddøde vulkaner og sømounts (nedsænket vulkaner), der strækker sig ~ 6, 000 km nordvest på tværs af gulvet på Stillehavspladen, til krydset mellem de vestlige aleutiske øer og halvøen Kamchatka. Tilbage til vores papir- og stearinlysanalogi - denne kæde er den samme som vejen for singede mærker, der fører baglæns fra den nuværende placering af lyset under papiret. I Stillehavet, vulkanerne og sømounts, der udgør denne kæde, vokser gradvist ældre mod nordvest, som det kunne forventes, hvis kæden markerede Stillehavspladens langsomme og progressive drift over en kappe.

Men noget nysgerrig fanger øjet med denne nedsænkede vulkankæde i Stillehavet:den er ikke lige. En meget iøjnefaldende knæk opdeler kæden i to segmenter:et hovedsageligt vest-trending segment ("Hawaiian Chain") og et for det meste nord-trendende segment ("Emperor Chain"); knækket mellem betegnes således almindeligvis som "Hawaiian-Emperor Bend." Vulkanske sten udtaget fra sømounts på hver side af svinget er dateret, og angiver, at bøjningen udviklede sig for cirka 47 millioner år siden.

Så hvad forårsagede det? Netop dette spørgsmål har været kilden til debat og kontrovers blandt forskere i et halvt århundrede. Den klassiske forklaring er, at bøjningen markerede en hurtig og væsentlig ændring i Stillehavspladens bevægelsesretning for omkring 50 millioner år siden, men tilhængere af denne fortolkning har kæmpet for at forklare, hvorfor den pludselige ændring skete.

1. Forskergruppen fra Universitetet i Oslo har omhyggeligt samlet en række forskellige beviser, der tyder på, at Stillehavspladen ændrede kurs for omkring 50 millioner år siden, fordi en øgruppe, der tidligere dannede den nordlige ende af Stillehavspladen, styrtede ned i det østlige Asien på det tidspunkt.
2. Skærgården omfattede det, der er kendt som en øbue:en aflang kæde af vulkaner og vulkanske klipper dannet over en subduktionszone (en zone, hvor havbunden på en oceanisk tektonisk plade skubbes ind under en anden tektonisk plade og synker ned i kappen nedenfor). Holdet var i stand til at udarbejde øens lysbue og dens forhold til Hawaii-kejserbøjningen ud fra tre vigtige datakilder:
3. Eksotiske klipper:Stykkerne på den øbue, som nu findes på halvøen Kamchatka og på de japanske øer, er geologisk eksotiske, hvilket betyder, at de ikke har de samme egenskaber som andre klipper fra samme region og klart blev transporteret et andet sted fra - og de afslører specifikt, at de dannede sig langt væk fra store kontinenter (som Asien).
4. Magnetiske klipper:Magnetiske oplysninger, der er bevaret i øens buestene (hentet fra Jordens magnetfelt, da klipperne oprindeligt dannede), kan bruges til at bestemme den breddegrad, de stammer fra - og de magnetiske oplysninger fra øens lysbuer viser, at de kom fra længere sydpå, end hvor de er placeret i dag (dette bekræfter også deres eksotiske natur).
5. Dybe klipper:Øbuer udvikler sig kun langs en subduktionszone, så dannelsen af ​​øbuen skulle have været ledsaget af subduktion, og subduktion, på tur, er forbundet med nedsænkning af oceaniske tektoniske plader i Jordens indre. Relikvierne af subducerede oceaniske plader kan "afbildes" af seismiske bølger genereret af jordskælv, på nogenlunde samme måde som dine knogler kan afbildes med røntgenstråler under en CT-scanning. Ved sådanne seismiske billeddannelsesteknikker har vi identificeret relikvierne fra et subduktionssystem, der tidligere var placeret i den nordlige ende af Stillehavspladen, på samme sted, som øens bueklipper var placeret i henhold til deres magnetiske data.

Et styrt forårsagede svinget

Sammen, den geologiske, magnetiske og seismiske spor fra det nordlige Stillehav indikerer, at konstruktion af subduktion og lysbue begyndte for 80 millioner år siden i den nordlige ende af Stillehavspladen. Umiddelbart efter at subduktionen startede, subduktionszonen begyndte at bevæge sig nordpå, trækker øbuen og Stillehavspladen nordpå med den. Denne migration mod nord fortsatte fra 80 til 50 millioner år, på hvilket tidspunkt kejserkæden blev dannet af Stillehavets nordlige drift over kappen.

For omkring 50 millioner år siden, den nordlige migration af subduktion førte til en kolossal kollision mellem øbuen i den nordlige ende af Stillehavspladen og den nordøstlige kant af Asien. Dette massive styrt efterlod store dele af den tidligere øbue strandet i det nordøstlige Japan og på halvøen Kamchatka, og afsluttede subduktion der.

Nedbruddet og ophør af subduktion stoppede effektivt den nordlige del af Stillehavspladen på det tidspunkt, og det var denne begivenhed, der var ansvarlig for pludselig at omlægge retningen af ​​Stillehavspladen for 50 millioner år siden. Så i sidste ende, det var en fender-bender i kontinental skala, der gav Stillehavet sin spektakulære bøjning, ifølge den nye undersøgelse offentliggjort i Videnskab fremskridt .