Kontinentalt interiør er måske ikke så tektonisk stabilt, som geologer tror

Et team ledet af University of Illinois har identificeret uventede geofysiske signaler under tektonisk stabile indre i Sydamerika og Afrika. Dataene tyder på, at geologisk aktivitet inden for stabile dele af Jordens øverste lag kan have fundet sted for nylig end tidligere antaget. Fundene, udgivet i Natur Geovidenskab , udfordre nogle af nutidens førende teorier om pladetektonik.

De ældste klipper på Jorden er placeret i kontinentale indre, langt fra aktive tektoniske grænser, hvor sten genbruges tilbage til planetens indre. Disse stærke, flydende og dybt rodfæstede blokke af Jorden, kaldet kratoner, har drevet på overfladen i milliarder af år, tilsyneladende uforstyrret. De slutter sig af og til og bryder sammen langs deres kanter i en dans kaldet superkontinentcyklussen.

"Vi ser normalt på kratoner som værende kolde, stabil og lavt beliggende, " sagde professor i geologi og studie medforfatter Lijun Liu. "Koldt, fordi klipperne er langt over de varme kappelag, stabile, fordi deres skorper ikke er blevet forstyrret væsentligt ved fejl eller deformation, og deres lave højde skyldes, at de har siddet der, eroderer ned i milliarder af år."

Imidlertid, der er steder, hvor cratoner ikke følger disse regler.

"For eksempel, der er områder med høj topografi inden for kratonerne i Sydamerika og Afrika, " sagde kandidatstuderende og hovedforfatter Jiashun Hu.

Forskerne behandlede geofysiske data med Blue Waters-supercomputeren ved National Center for Supercomputing Applications i Illinois i håb om bedre at forstå disse højhøjde områder. De tykke rødder af kratoner er blevet anset for at være flydende på grund af deres mineralindhold med lav tæthed, så de kan flyde oven på den varme underliggende kappe. Imidlertid, de nye data indikerer, at den kolde kappe, der ligger under disse regioner i Sydamerika og Afrika – engang sammenføjet som en del af superkontinentet Pangea – har en lagdelt struktur, og at det nederste lag var mere tæt tidligere end det er i dag, sagde Liu.

Denne densitetsforskel kan være resultatet af en proces kaldet kappedelaminering. Under delaminering, det tættere nedre kappelag skræller væk fra det flydende øvre lag under kratonens skorpe efter at have interageret med varm magma fra kappefaner, sagde forskerne.

"Fra flere typer seismiske billeddata, vi kan se, hvad vi tror er delaminerede kappeplader, der synker ned i det varme, tyktflydende dyb kappe, " sagde Liu.

"Det materiale, der efterfølgende vokser tilbage ved rødderne af kratonerne efter delaminering, på grund af afkøling fra oven, er sandsynligvis kompositionsmæssigt meget mindre tæt end det, der var der før, " sagde geologiprofessor Craig Lundstrom. "Det tilføjer opdrift, og den kraft fra opdrift kunne være det, der danner den unormalt høje topografi."

Denne tværfaglige undersøgelse begynder at give holdet en meget logisk – omend kompliceret – opdatering af historien om Jordens tektoniske historie, sagde forskerne.

"Den høje topografi i Afrika og Sydamerika er kun en del af historien, " sagde Hu. "Der er mange geologiske fænomener, såsom placeringen af ​​hotspot-baner, kontinental vulkanisme, overfladeløft og erosion, samt seismisk afbildet deformation inden for kratonrødderne, der alle synes at korrelere godt med den foreslåede delaminationshændelse, antyder en potentiel årsagssammenhæng."

Der er også beviser for at understøtte andre steder af kraton-fane-interaktion under andre tidspunkter i Jordens historie.

"Stenrekorden viser, at hændelser og erosion har fundet sted under tidligere superkontinentcyklusser, " sagde geologiprofessor og School of Earth, Samfunds- og miljødirektør Stephen Marshak. "En relateret undersøgelse diskuterer, hvad der kunne være en lignende begivenhed, nemlig kontinental løft muligvis relateret til delaminering af den kratoniske lithosfære, der forårsagede perioden med global erosion, der resulterede i den store uoverensstemmelse, som er kontakten mellem prækambriumsk kældersten og paleozoiske sedimentære lag. "

For nu, det er ikke klart, om og hvordan kraton-fane-interaktion kan påvirke moderne jordskælvsaktivitet og vulkanisme i områder, der anses for at være geologisk inaktive. Imidlertid, undersøgelsen markerer nytænkning i, hvordan geologer kan forstå de såkaldte stabile kratoner.