Hvordan starter en større subduktionszone? Det kan begynde småt

En langvarig gåde i geologi er, hvordan en tektonisk plade kan bryde Jordens stenhårde skal og begynde at dykke under en anden i processen kendt som subduktion.

Nu beskriver en ny undersøgelse, hvordan et lille brud i en tektonisk plade blev presset og trukket over millioner af år, indtil den lynede ud og satte en løbsk geologisk proces i gang. Undersøgelsen, af en ny subduktionszone ud for New Zealand, er netop offentliggjort i tidsskriftet Nature Geoscience .

"Vi ved nu, hvordan subduktion dannede kerne, og hvor hurtigt den vokser," sagde hovedforfatter Brandon Shuck. "Det er vigtigt at vide, fordi subduktion er hoveddrivkraften bag pladetektonikken. Den bygger bjerge, danner nye oceaner og driver kemisk kredsløb fra den dybe jord og hele vejen til atmosfæren." Shuck udførte arbejdet for sin doktorafhandling ved University of Texas Jackson School of Geosciences; han er nu postdoc-forsker ved Columbia University's Lamont-Doherty Earth Observatory.

Jorden menes at være den eneste planet i solsystemet, der undergår subduktion, hvilket er nøglen til kredsløbet af kulstof, der gør livet muligt her. "Vi tror, ​​at subduktion ikke altid fandt sted på Jorden, så at forstå, hvordan [det] starter i dag er et kritisk skridt til at forstå, hvordan vores verden til sidst blev en beboelig planet," sagde undersøgelsens medforfatter Harm Van Avendonk, en seniorforsker. ved University of Texas.

Forskningen begyndte i 2018 ombord på Lamont-Dohertys forskningsfartøj Marcus G. Langseth ud for New Zealand, hvor Shuck og hans skibskammerater udholdt uger med dårligt vejr for at indsamle detaljerede seismiske billeder af havbunden.

På land matchede Shuck billederne med klippeprøver fra andre havekspeditioner. Dette gav en geologisk tidslinje til at rekonstruere en udtræksplade. Ifølge hans rekonstruktion opstod der et lille brud i den australske plade for omkring 16 millioner år siden, som langsomt voksede, da den kolliderede med andre tektoniske plader. Da bruddet var trukket langt nok ud, brød den tungere del af pladen gennem jordens stenede skal (kendt som litosfæren), og satte den på en nedadgående transportør, der har holdt på i de sidste 8 millioner år. I dag er den nye subduktionsmargin omkring 300 miles lang.

"Det er ret lille på skalaen af ​​global tektonik," sagde Shuck. "Men det vil blive ved med at vokse hele vejen ned til Antarktis." forudsagde han. "Når den først bliver så stor, mere end 1.000 miles lang, kan den ændre bevægelsen af ​​tilstødende tektoniske plader."

Indtil videre er det eneste tegn på overfladen en håndfuld vulkaner nær New Zealands sydø. De fleste opstod i de sidste hundrede tusinde år. De vil sandsynligvis vokse til en længere vulkansk kæde, efterhånden som spaltningen spreder sig sydpå i fremtiden, sagde Shuck.

Shucks undersøgelse forener to modsatrettede ideer om, hvordan subduktion starter:med den gradvise frem og tilbage af plader, der støder mod hinanden, eller ved, at plader spontant og hurtigt kollapser under deres egen vægt. Den nye forskning tyder på, at nogle gange kan de to ideer begge være en del af ligningen.

"Arbejdet viser, at der i stedet kan være flere scenarier, der driver subduktionsinitiering," sagde Fabio Crameri, en schweizisk geofysiker, der skrev en Nature Geoscience kommentar, der ledsager undersøgelsen. "Selvom det samme scenarie ikke er sandt for hver subduktionszone, udfordrer deres model vores nuværende systemer til klassificering af subduktionszoneinitiering og fremhæver behovet for 4D-modellering."