Små krystaller fanger millioner af års bjergkædehistorie:Geolog udgraver Himalaya med et mikroskop

Himalaya står som Jordens højeste bjergkæde, muligvis den højeste nogensinde. Hvordan opstod det? Hvorfor er den så høj?

Du tror måske, at forståelse af store bjergkæder kræver store målinger - måske satellitbilleder over titusinder eller hundredtusindvis af kvadratkilometer. Selvom videnskabsmænd bestemt bruger satellitdata, studerer mange af os, inklusive mig, de største bjergkæder ved at stole på de mindste målinger i små mineraler, der voksede, efterhånden som bjergkæden blev dannet.

Disse mineraler findes i metamorfe bjergarter - klipper omdannet af varme, tryk eller begge dele. En af de store glæder ved at studere metamorfe bjergarter ligger i mikroanalyse af deres mineraler. Med målinger på skalaer, der er mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår, kan vi låse op for alder og kemiske sammensætninger gemt inde i bittesmå krystaller for at forstå processer, der finder sted i en kolossal skala.

Måling af radioaktive grundstoffer

Mineraler indeholdende radioaktive grundstoffer er af særlig interesse, fordi disse grundstoffer, kaldet forældre, henfalder med kendte hastigheder og danner stabile grundstoffer, kaldet døtre. Ved at måle forholdet mellem forældre og datter kan vi bestemme, hvor gammelt et mineral er.

Med mikroanalyse kan vi endda måle forskellige aldre i forskellige dele af en krystal for at bestemme forskellige vækststadier. Ved at forbinde kemien i forskellige zoner i et mineral til begivenheder i en bjergkædes historie, kan forskere udlede, hvordan bjergkæden blev samlet og hvor hurtigt.

Mit forskerhold og jeg analyserede og afbildede et enkelt korn af metamorf monazit fra klipper, vi indsamlede fra Annapurna-regionen i det centrale Nepal. Selvom det kun er 0,07 tommer (1,75 mm) langt, er dette en gigantisk krystal efter geologstandarder - omkring 30 gange større end typiske monazitkrystaller. Vi gav det tilnavnet "Monzilla."

Ved hjælp af en elektronprobe-mikroanalysator indsamlede og visualiserede vi data om koncentrationen af ​​thorium - et radioaktivt grundstof, der ligner uran - i krystallen. Farver viser fordelingen af ​​thorium, hvor hvid og rød angiver højere koncentrationer, mens blå og lilla indikerer lavere koncentrationer. Tal overlejret på billedet repræsenterer alder i millioner af år.

Thorium-bly-datering måler forholdet mellem forældrethorium og dets datterbly; dette forhold afhænger af thoriums henfaldshastighed og krystallens alder. Vi ser, at der er to forskellige zoner til stede i prøven:en omkring 30 millioner år gammel kerne med høje thoriumkoncentrationer og en omkring 10 millioner år gammel, blobby rand med lave thoriumkoncentrationer.

Hvad betyder disse aldre?

Efterhånden som den indiske tektoniske plade knaser nordpå ind i Asien, bliver klipper først begravet dybt og derefter stødt mod syd på enorme forkastninger. Disse fejl er i øjeblikket ansvarlige for nogle af de mest katastrofale jordskælv på vores planet. Som et eksempel, i 2015, udløste jordskælvet i Gorkha med en styrke på 7,8 i det centrale Nepal jordskred, der udslettede byen Langtang, hvor jeg havde arbejdet omkring et dusin år tidligere. Anslået 329 mennesker døde der, og kun 14 overlevede.

Vores kemiske analyser af denne monazitkrystal og nærliggende prøver indikerer, at disse klipper blev begravet dybt under trykforkastninger, hvilket fik dem til delvist at smelte og danne den omkring 30 millioner år gamle monazitkerne. For omkring 10 millioner år siden blev klipperne båret op på en større trykforkastning, der dannede monazitkanten. Disse data viser, at det tager lang tid at bygge bjergkæder – mindst 30 millioner år, i dette tilfælde – og at sten dybest set kredser gennem dem.

Ved at studere klipper andre steder kan vi kortlægge bevægelsen af ​​disse stød og bedre forstå Himalayas oprindelse.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.