Naukowcy rozwiązują długoletnią zagadkę wzniesienia kontynentów

Badanie sugeruje, że rozpad kontynentów powoduje głębokie fale przyziemne, w wyniku których powstają elementy topograficzne, takie jak klify 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 krajobrazów na przestrzeni setek milionów lat. Odkryli, że kiedy płyty tektoniczne się rozdzielają, w głębi Ziemi uwalniają się potężne fale, które mogą spowodować podniesienie się powierzchni kontynentów o ponad kilometr.

Zagadka stoków i płaskowyżów

Odkrycia te pomagają rozwiązać długotrwałą zagadkę dotyczącą sił dynamicznych, które kształtują i wiążą niektóre z najbardziej dramatycznych form terenu na Ziemi – rozległe obiekty topograficzne zwane „klifami” i „płaskowyżami”, które głęboko wpływają na klimat i sąsiedztwo.

„Naukowcy od dawna podejrzewali, że strome, wysokie na kilometry obiekty topograficzne zwane wielkimi klifami – jak klasyczny przykład otaczający Republikę Południowej Afryki – powstają, gdy kontynenty pękają i ostatecznie się rozdzielają. Jednakże wyjaśnienie, dlaczego wnętrza kontynentów się podnoszą, jest dalekie od „Is tego procesu związanego z powstawaniem tych wysokich klifów, po prostu nie wiedzieliśmy” – powiedział główny autor Tom Gernon, profesor nauk o Ziemi na Uniwersytecie w Southampton.

Pionowe ruchy stabilnych części kontynentów, zwane kratonami, pozostają jednym z najmniej poznanych aspektów tektoniki płyt.

Zespół z Uniwersytetu w Southampton, w skład którego wchodzą dr Thea Hincks, dr Derek Kerr i Alice Cunningham, współpracował z kolegami z Helmholtz Center Potsdam – niemieckiego centrum badawczego GFZ w dziedzinie nauk o Ziemi i… Uniwersytet w Birmingham Aby odpowiedzieć na to podstawowe pytanie.

Ich odkrycia pomagają wyjaśnić, dlaczego części kontynentów, które wcześniej uważano za „stabilne”, ulegają znacznemu wypiętrzeniu i erozji oraz w jaki sposób takie procesy mogą migrować setki, a nawet tysiące kilometrów w głąb lądu, tworząc rozległe, wzniesione obszary zwane płaskowyżami, takie jak płaskowyż centralny w południowej Afryce.

Modelowanie wypiętrzenia i erozji kontynentów

Na podstawie badań łączących erupcje diamentów z rozpadem kontynentów, Opublikowano w ubiegłym roku w naturaZespół wykorzystał zaawansowane modele komputerowe i metody statystyczne do zbadania, jak powierzchnia Ziemi reaguje z biegiem czasu na rozpad płyt kontynentalnych.

Odkryli, że kiedy kontynenty się rozdzielają, ekspansja skorupy kontynentalnej powoduje ruchy kinematyczne w płaszczu Ziemi (masywnej warstwie pomiędzy skorupą a jądrem).

„Proces ten można porównać do zamaszystego ruchu, który przesuwa się w stronę kontynentów i narusza ich głębokie fundamenty” – powiedział profesor Sascha Brun, kierujący Zakładem Modelowania Geodynamicznego w GFZ Potsdam.

Profesor Brun i dr Anne Glerum, którzy również pracują w Poczdamie, przeprowadzili symulację, aby zbadać ewolucję tego procesu. Zespół zauważył interesującą prawidłowość: prędkość „fal” płaszcza przemieszczających się pod kontynentami w symulacji jest ściśle zgodna z prędkością głównych zjawisk erozji, które przetoczyły się przez krajobraz Afryki Południowej po rozpadzie starożytnego superkontynentu Gondwany.

Naukowcy zebrali dowody na to, że na krawędziach starożytnych dolin ryftowych wznosiły się wielkie klify, podobnie jak strome ściany, które widzimy dzisiaj na obrzeżach ryftów w Afryce Wschodniej. W tym samym czasie pęknięcie wywołało również „falę głębokiego płaszcza”, która przemieszcza się wzdłuż podstawy kontynentu z prędkością od 15 do 20 kilometrów na milion lat.

Uważają, że fala ta usuwa warstwy skał z korzeni kontynentów w wyniku konwekcji.

„Tak jak balony powietrzne tracą wagę, aby wznieść się wyżej, tak utrata materiału kontynentalnego powoduje wznoszenie się kontynentów – proces zwany izoelewacją” – powiedział profesor Brun.

Na tej podstawie zespół stworzył model reakcji krajobrazu na wypiętrzenie wywołane płaszczem. Odkryli, że niestabilność płaszcza migrującego prowadzi do fali erozji powierzchniowej, która trwa dziesiątki milionów lat i przemieszcza się po kontynencie z podobną prędkością. Ta intensywna erozja usuwa ogromny ciężar ze skał, powodując dalsze podnoszenie się powierzchni Ziemi, tworząc wysokie płaskowyże.

„Nasze modele ewolucji krajobrazu pokazują, jak seria zdarzeń związanych z ryftami może prowadzić do powstania skarpy, a także stabilnego, płaskiego płaskowyżu, chociaż wynika to z erozji warstwy skał o długości kilku tysięcy metrów.

Badanie zespołu dostarcza nowego wyjaśnienia zagadkowych ruchów pionowych kontynentów z dala od ich obrzeży, gdzie wypiętrzenie jest częstsze.

Dr Steve Jones, profesor nadzwyczajny w dziedzinie systemów ziemskich na Uniwersytecie w Birmingham, dodał: „Mamy tu przekonujący argument na to, że szczeliny mogą, w pewnych warunkach, bezpośrednio generować długo żyjące komórki konwekcyjne w górnym płaszczu, a te szczeliny- indukowane systemy konwekcyjne mają „głęboki wpływ na topografię powierzchni Ziemi, erozję, sedymentację i dystrybucję zasobów naturalnych”.

Wnioski i kierunki na przyszłość

Zespół doszedł do wniosku, że ta sama kaskada zaburzeń płaszcza, która powoduje szybkie wyłanianie się diamentów z głębi Ziemi, również zasadniczo kształtuje krajobrazy kontynentalne, wpływając na szereg 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 nie tylko zakłóca głębokie warstwy Ziemi, ale ma także skutki, które odbijają się echem w całej Europie. powierzchni kontynentów, o czym wcześniej sądzono, że tak nie jest. Jest stabilna.

„Destabilizacja rdzeni kontynentalnych musiała mieć również wpływ na starożytny klimat” – podsumował profesor Gernon.

Odniesienie: „Koewolucja obrzeży i wnętrz kontynentów podczas separacji kontynentów” Thomasa M. Gernona i Tii K. Hincks, Sascha Bron, Jane Brown i Stephen M. Jones, Derek Kerr, Alice Cunningham i Annie Glerum, 7 sierpnia 2024 r., natura.
doi: 10.1038/s41586-024-07717-1