Badania pokazują, że rozpad kontynentów powoduje głębokie fale ziemskie, prowadzące do powstania obiektów topograficznych, takich jak skarpy i płaskowyże.
Zespół naukowców pod kierownictwem Uniwersytetu w Southampton odpowiedział na jedno z najbardziej zagadkowych pytań w dziedzinie tektoniki płyt: w jaki sposób i dlaczego „stabilne” części kontynentów stopniowo wznoszą się, tworząc jedne z najwspanialszych cech topograficznych planety.
W swoim badaniu, opublikowanym niedawno w Naturanaukowcy zbadali wpływ globalnych sił tektonicznych na ewolucję krajobrazu na przestrzeni setek milionów lat. Odkryli, że gdy płyty tektoniczne rozpadają się, w głębi Ziemi powstają potężne fale, które mogą spowodować podniesienie się powierzchni kontynentów o ponad kilometr.
Tajemnica skarp i płaskowyżów
Odkrycia te pomagają rozwiązać długoletnią zagadkę dotyczącą sił dynamicznych, które kształtują i łączą niektóre z najbardziej dramatycznych form terenu na Ziemi – ekspansywne elementy topograficzne zwane „skarpami” i „płaskowyżami”, które wywierają głęboki wpływ na klimat i biologię.
„Naukowcy od dawna podejrzewali, że strome, wysokie na kilometry obiekty topograficzne zwane Wielkimi Skarpami – jak klasyczny przykład otaczający Republikę Południowej Afryki – powstają, gdy kontynenty pękają i ostatecznie się rozdzielają. Jednakże wyjaśnienie, dlaczego wewnętrzne części kontynentów, z dala od takich skarp, wznoszą się i ulegają erozji, okazało się znacznie trudniejsze. Czy proces ten jest w ogóle powiązany z powstawaniem tych wysokich skarp? Mówiąc prościej, nie wiedzieliśmy” – powiedział główny autor Tom Gernon, profesor nauk o Ziemi na Uniwersytecie w Southampton.
Pionowe ruchy stabilnych części kontynentów, zwanych kratonami, pozostają jednym z najmniej poznanych aspektów tektoniki płyt.
Zespół z Uniwersytetu w Southampton, w skład którego wchodzili dr Thea Hincks, dr Derek Keir i Alice Cunningham, współpracował z kolegami z Helmholtz Center Potsdam – GFZ German Research Center for Geosciences oraz Uniwersytet w Birmingham aby odpowiedzieć na to fundamentalne pytanie.
Ich wyniki pomagają wyjaśnić, dlaczego części kontynentów uznawanych wcześniej za „stabilne” doświadczają znacznego wypiętrzenia i erozji oraz w jaki sposób takie procesy mogą migrować setki, a nawet tysiące kilometrów w głąb lądu, tworząc rozległe, wzniesione regiony zwane płaskowyżami, takie jak Centralny Płaskowyż Południa. Afryka.
Modelowanie wypiętrzenia i erozji kontynentalnej
Opierając się na swoich badaniach łączących erupcje diamentów z rozpadem kontynentów, opublikowany w zeszłym roku w Naturazespół wykorzystał zaawansowane modele komputerowe i metody statystyczne do zbadania, w jaki sposób powierzchnia Ziemi reaguje na rozpad płyt kontynentalnych w czasie.
Odkryli, że kiedy kontynenty się rozdzielają, rozciąganie skorupy kontynentalnej powoduje poruszające ruchy w płaszczu Ziemi (obszernej warstwie pomiędzy skorupą a jądrem).
Profesor Sascha Brune, kierująca Sekcją Modelowania Geodynamicznego w GFZ Potsdam, powiedziała: „Proces ten można porównać do zamaszystego ruchu, który przemieszcza się w kierunku kontynentów i narusza ich głębokie fundamenty”.
Profesor Brune i dr Anne Glerum, również pracujący w Poczdamie, przeprowadzili symulacje, aby zbadać przebieg tego procesu. Zespół zauważył interesującą prawidłowość: prędkość „fal” płaszcza przemieszczających się pod kontynentami w przeprowadzonych symulacjach była ściśle zgodna z prędkością głównych zjawisk erozji, które przetoczyły się przez krajobraz Afryki Południowej po rozpadzie starożytnego superkontynentu Gondwany.
Naukowcy zebrali dowody, które wykazały, że Wielkie Skarpy mają swój początek na krawędziach starożytnych dolin ryftowych, podobnie jak strome ściany obserwowane obecnie na obrzeżach szczeliny wschodnioafrykańskiej. Tymczasem pęknięcie powoduje również „falę głębokiego płaszcza”, która przemieszcza się wzdłuż podstawy kontynentu z prędkością około 15–20 kilometrów na milion lat.
Uważają, że fala ta konwekcyjnie usuwa warstwy skał z korzeni kontynentalnych.
„Podobnie jak balon na ogrzane powietrze traci ciężar, aby wznieść się wyżej, ta utrata materiału kontynentalnego powoduje unoszenie się kontynentów – proces zwany izostazą” – powiedział profesor Brune.
Na tej podstawie zespół stworzył model reakcji krajobrazów na wypiętrzenie wywołane płaszczem. Odkryli, że niestabilność migrującego płaszcza powoduje falę erozji powierzchniowej, która trwa dziesiątki milionów lat i przemieszcza się przez kontynent z podobną prędkością. Ta intensywna erozja usuwa ogromny ciężar skał, co powoduje dalsze podnoszenie się powierzchni lądu, tworząc podwyższone płaskowyże.
„Nasze modele ewolucji krajobrazu pokazują, jak sekwencja zdarzeń związanych z ryftami może skutkować powstaniem skarpy oraz stabilnego, płaskiego płaskowyżu, mimo że warstwa skał o długości kilku tysięcy metrów uległa erozji” – wyjaśnił Jean Braun, profesor Modelowania Procesów Powierzchni Ziemi w GFZ Potsdam, również mieszczącej się na Uniwersytecie w Poczdamie.
Badanie zespołu dostarcza nowego wyjaśnienia zagadkowych pionowych ruchów kratonów daleko od krawędzi kontynentów, gdzie wypiętrzenie jest częstsze.
Dr Steve Jones, profesor nadzwyczajny w dziedzinie systemów ziemskich na Uniwersytecie w Birmingham, dodał: „Mamy tutaj przekonujący argument na to, że szczeliny mogą w pewnych okolicznościach bezpośrednio generować długowieczne komórki konwekcyjne w górnym płaszczu skali kontynentalnej, a te szczeliny -inicjowane systemy konwekcyjne mają głęboki wpływ na topografię powierzchni Ziemi, erozję, sedymentację i dystrybucję zasobów naturalnych.
Wnioski i przyszłe kierunki
Zespół doszedł do wniosku, że ten sam łańcuch zaburzeń płaszcza, który powoduje szybkie wydobywanie się diamentów z głębokiego wnętrza Ziemi, również zasadniczo kształtuje krajobrazy kontynentalne, wpływając na wiele czynników, od regionalnego klimatu i różnorodności biologicznej po wzorce osadnictwa ludzkiego.
Profesor Gernon, który otrzymał duży grant filantropijny od Fundacji WoodNext zarządzanej przez Fundację Społeczności Greater Houston, na badanie globalnego ochłodzenia, wyjaśnił, że rozpad kontynentów zakłóca nie tylko głębokie warstwy Ziemi, ale ma także skutki, które odbijają się echem na powierzchni Ziemi. kontynentów, wcześniej uważanych za stabilne.
„Destabilizacja jąder kontynentów musiała mieć także wpływ na starożytny klimat” – podsumował profesor Gernon.
Odniesienie: „Koewolucja marginesów i wnętrz kratonów podczas rozpadu kontynentów” Thomasa M. Gernona, Thei K. Hincks, Sascha Brune, Jeana Brauna, Stephena M. Jonesa, Dereka Keira, Alice Cunningham i Anne Glerum, 7 sierpnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07717-1
