Studiet udforsker tætheden af ​​de tektoniske plader, og hvorfor de synker i jordens kappe

En hurtig kollisionshastighed mellem tektoniske plader og en ung alder (millioner af år) er to faktorer, der favoriserer litosfærens synkning i kappen, ifølge en ny undersøgelse lavet af forskere ved Institute of Earth Sciences Jaume Almera fra det spanske nationale forskningsråd (ICTJA-CSIC). Undersøgelsen er for nylig blevet offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Forfatterne af undersøgelsen udviklede en ny numerisk model til at studere virkningerne af konvergenshastigheden mellem tektoniske plader og dens sammensætning på den lithosfæriske kappetæthed, der fremmer eller undgår dens synkning under subduktions- eller delamineringsprocesser.

"Modellen designet i denne undersøgelse giver en metodisk ramme til at forstå stabiliteten af ​​litosfæren under konvergensen af ​​de tektoniske plader, "sagde Kittiphon Boonma, Ph.D. studerende på SUBITOP-projektet på ICTJA-CSIC og førsteforfatter på undersøgelsen.

Litosfæren er Jordens stive yderste lag, der består af skorpen og den øverste kappe, danner de tektoniske plader. Disse plader flyder og bevæger sig over astenosfæren, et tættere og mere tyktflydende lag af den sublitosfæriske kappe. I de områder, hvor plader konvergerer, en af ​​pladerne synker under den anden, støder ind i den sublitosfæriske kappe. Dette ville være det typiske tilfælde for de oceaniske litosfære subduktionszoner. En anden mulighed er, at i kontinentale kollisionszoner, den litosfæriske kappe på en af ​​pladerne adskiller fra ("skræller") skorpen og synker ned i asthenosfæren i en proces, der kaldes delaminering. Begge processer er følsomme over for den litosfæriske kappetæthed, som, på samme tid, afhænger af trykket, temperatur og kemisk sammensætning eller som er det samme, af konvergenshastigheden og lithosfærens alder.

"Vores simuleringer kombinerer litosfærisk sammensætning til forskellige pladealdre med et bredt spektrum af pladekollisionshastigheder for at forstå, hvad der bestemmer litosfærens positive eller negative opdrift, " sagde Daniel García-Castellanos, forsker ved ICTJA-CSIC og medforfatter til undersøgelsen.

"Det vigtigste fremskridt i vores arbejde er analysen af ​​afhængigheden af ​​litosfærisk kappeopdrift af tæthedsvariationer som følge af advektions-diffusionsbalancen i betragtning af en lang række tektoniske konvergenshastigheder og forskellige litosfæriske kappe-kemiske sammensætninger, " sagde Kittiphon Boonma.

Forskere udførte adskillige simuleringer med den nye model under hensyntagen til tre forskellige typer kontinental litosfære, med et aldersinterval mellem 2,5 Ga og 1 Ga år, og to oceaniske litosfærer på 120 og 30 millioner år gamle. De betragtede seks forskellige konvergenshastigheder mellem 1 og 80 mm/år. Simuleringer havde til formål at observere effekten af ​​de forskellige kollisionshastigheder og sammensætninger på den litosfæriske kappe -densitet.

"I subduktions- eller kontinentale kollisionsprocesser, der er to modsatrettede effekter, der påvirker kappens tæthed. Tætheden stiger på grund af trykstigninger, men på samme tid, det har en tendens til at falde på grund af temperaturstigningen produceret af dybden. Overvægten af ​​en af ​​disse to effekter vil afhænge af konvergenshastigheden. I øvrigt, kappe tætheden afhænger også af sin egen kemiske sammensætning, og det er blevet observeret, at det falder med alderen, " forklarer Manel Fernández, medforfatter til undersøgelsen.

Modelresultaterne viste, at den ældste og tykkeste kontinentale litosfæriske kappe (Archon) var mindre tæt end asthenosfæren og undgik at synke. Ved lave og moderate konvergensrater, forskere fandt ud af, at de to andre typer kontinentale litosfæriske kappe skiftede fra at synke til at forblive stabile på grund af deres tyndere tykkelser og tabet af tæthed induceret af temperaturstigninger på grund af dybden. Sidst, de to forskellige typer oceanisk litosfære sank altid, uanset den anvendte konvergensrate, på grund af deres større tæthed afledt af dens sammensætning.

"Ifølge disse resultater, jo hurtigere konvergenshastigheden er mellem to kontinenter, jo større er sandsynligheden for, at en af ​​dem delaminerer eller synker mod kappen, "forklarer Daniel García-Castellanos.

"Resultater tyder på en forklaring på, hvorfor de unge plader ofte synker let ned i kappen, bliver genbrugt i kappen, mens kratoner (ældste kontinentale regioner) ser ud til bedre at modstå ændringerne i tektoniske kræfter under Jordens udvikling, og de er mindre tilbøjelige til at subducere eller delaminere, "sagde García-Castellanos.