Basen Konya w Türkiye jest przekształcany przez kapanie litosfery, powodując zatapianie się gęstych fragmentów skał i zmianę krajobrazu, co jest zjawiskiem o szerszych implikacjach dla geologii planet, jak wykazały badania przeprowadzone na Uniwersytecie w Toronto.
Jak wynika z niedawnej analizy przeprowadzonej pod kierunkiem Uniwersytetu w Toronto, nowe dane satelitarne pokazują, że dorzecze Konya na płaskowyżu środkowoanatolijskim w Türkiye ulega ciągłym przekształceniom na przestrzeni milionów lat.
Symulacje eksperymentalne przeprowadzone przez zespół – w połączeniu z danymi geologicznymi, geofizycznymi i geodezyjnymi – wyjaśniają tajemnicze zatonięcie basenu we wnętrzu wznoszącego się płaskowyżu. Ich odkrycia potwierdzają koncepcję nowej klasy tektoniki płyt, która ma konsekwencje dla planet, które nie mają tektoniki płyt podobnej do Ziemi, takich jak Mars I Wenus.
Konsekwencje kapania litosferycznego
Badanie, opublikowane niedawno w Komunikacja przyrodniczaujawnia, że zatonięcie regionu jest spowodowane wieloetapowym kapaniem litosfery — zjawiskiem nazwanym tak od niestabilności materiału skalistego tworzącego skorupę ziemską i górny płaszcz ziemski. W miarę jak gęste fragmenty skał pod powierzchnią oddzielają się i opadają w bardziej płynną warstwę płaszcza planety, na powierzchni tworzą się główne formy terenu, takie jak baseny i górzyste fałdy skorupy.
„Patrząc na dane satelitarne, zaobserwowaliśmy okrągły obiekt w Basenie Konya, w którym skorupa osiada lub basen się pogłębia” – mówi Julia Andersen, doktorantka na Wydziale Nauk o Ziemi Wydziału Sztuki i Nauki UJ T. i głównego autora badania. „To skłoniło nas do przyjrzenia się innym danym geofizycznym pod powierzchnią, gdzie zaobserwowaliśmy anomalię sejsmiczną w górnym płaszczu i pogrubioną skorupę, co mówi nam, że znajduje się tam materiał o dużej gęstości i wskazuje na prawdopodobną kroplówkę litosferyczną płaszcza”.
Procesy tektoniczne i spostrzeżenia eksperymentalne
Wyniki są powtórzeniem podobnego badania przeprowadzonego przez naukowców nad powstanie Kotliny Arizaro w Andach w Ameryce Południowejco sugeruje, że zjawisko to może wystąpić w dowolnym miejscu na planecie i wyjaśnia procesy tektoniczne zwykle występujące w regionach płaskowyżów górskich.
Wcześniejsze badania wykazały, że płaskowyż środkowoanatolijski podniósł się aż o jeden kilometr w ciągu ostatnich 10 milionów lat z powodu zjawiska kapania litosferycznego.
„W miarę jak litosfera gęstniała i kapała pod obszarem, utworzyła na powierzchni basen, który później wyrósł, gdy ciężar znajdujący się pod nim oderwał się i opadł w głębsze głębiny płaszcza” – mówi Russell Pysklywec, profesor w Zakładzie Ziemi Sciences i współautor badania. „Teraz widzimy, że ten proces nie jest jednorazowym wydarzeniem tektonicznym i że początkowa kropla wydaje się zapoczątkować kolejne zdarzenia pochodne w innych częściach regionu, co doprowadziło do osobliwie szybkiego osiadania Basenu Konya w obrębie stale wznoszącego się płaskowyżu Türkiye”.
Andersen twierdzi, że nowe odkrycia sugerują związek między wypiętrzeniem płaskowyżu a formowaniem się basenu poprzez ewolucję pierwotnego i wtórnego usuwania litosfery. „Zasadniczo osiadanie następuje wraz z ciągłym podnoszeniem się płaskowyżu”.
Symulacje i obserwacje laboratoryjne
Andersen i współautorzy badania, w tym współpracownicy z Politechniki w Stambule i Uniwersytetu Çanakkale Onsekiz Mart w Türkiye, doszli do swoich ustaleń po odtworzeniu procesu kapania w eksperymentach laboratoryjnych i przeanalizowaniu swoich obserwacji.
Zbudowali laboratoryjne modele analogowe, aby ustalić, jak mógł przebiegać proces, na podstawie danych dostarczonych przez nowe pomiary, napełniając zbiornik z pleksiglasu polidimetylosiloksanem (PDMS) – silikonowym płynem polimerowym około 1000 razy gęstszym od syropu stołowego – który miał służyć jako płyn ziemski dolny płaszcz, dodając mieszaninę PDMS i gliny modelarskiej, aby odtworzyć najbardziej solidną część płaszcza, kończąc na wierzchniej warstwie przypominającej piasek, wykonanej z kulek ceramicznych i krzemionkowych, która służy jako skorupa ziemska.
Naukowcy aktywowali model, umieszczając ziarno o dużej gęstości w PDMS i warstwie gliny modelarskiej, aby zainicjować kroplówkę, która następnie była ściągana w dół pod wpływem grawitacji. Nad i obok zbiornika umieszczono zestaw kamer, które rejestrowały wszelkie zmiany w czasie i rejestrowały obraz w wysokiej rozdzielczości mniej więcej co minutę.
„W ciągu 10 godzin zaobserwowaliśmy początkową fazę kapania, którą nazywamy kroplówką pierwotną. Gdy pierwsza kropla dotknęła dna pudełka, po 50 godzinach zaobserwowaliśmy, że druga kropla zaczęła opadać na dno” – mówi Andersen. „Zarówno kropla pierwotna, jak i wtórna nie powodowały żadnych poziomych odkształceń w naszej sztucznej skorupie, co, jak się spodziewamy, jest zwykle związane z kroplówką litosferyczną z płaszcza”.
Naukowcy już wiedzieli, że kropla pierwotna spowodowała zmiany w topografii powierzchni eksperymentu i chcieli wiedzieć, czy kropla wtórna będzie miała jakikolwiek wpływ na powierzchnię, ponieważ była mniejsza niż kropla pierwotna. „Zauważyliśmy, że z biegiem czasu ta wtórna kroplówka faktycznie ciągnęła skorupę w dół i zaczęła tworzyć basen, pomimo braku poziomych ruchów skorupy na powierzchni” – mówi Andersen. „Odkrycia pokazują, że te główne wydarzenia tektoniczne są ze sobą powiązane, a jedna kropla litosfery może potencjalnie wywołać szereg dalszej aktywności głęboko we wnętrzu planety”.
Odniesienie: „Wielostopniowe krople litosferyczne kontrolują powstawanie aktywnego basenu w obrębie wypiętrzającego się płaskowyżu orogenicznego”, autor: A. Julia Andersen, Oguz Hakan Göğüş, Russell N. Pysklywec, Ebru Şengül Uluocak i Tasca Santimano, 13 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52126-7
