ratonisk litosfär med en hög densitet rot genomgår delaminering när den störs av mantelflyger underifrån. Den borttagna kratonroten växer sedan termiskt tillbaka, med sina stentyger som bevarar den senaste tidens manteldeformation. Kredit:Lijun Liu
Ett team som leds av University of Illinois har identifierat oväntade geofysiska signaler under tektoniskt stabila interiörer i Sydamerika och Afrika. Data tyder på att geologisk aktivitet inom stabila delar av jordens översta lager kan ha inträffat mer nyligen än vad man tidigare trott. Resultaten, publiceras i Naturgeovetenskap , utmana några av dagens ledande teorier om plattektonik.
De äldsta stenarna på jorden finns inom kontinentala interiörer, långt ifrån aktiva tektoniska gränser där stenar återvinns till planetens inre. Dessa starka, flytande och djupt rotade block av jorden, kallas kratoner, har drivit på ytan i miljarder år, till synes ostörd. De går ibland och bryter isär längs deras kanter i en dans som kallas superkontinentcykeln.
"Vi brukar tänka på kratonger som kalla, stabil och låg höjd, " sa professor i geologi och studiemedförfattare Lijun Liu. "Kallt eftersom stenarna ligger långt ovanför de varma mantellagren, stabil eftersom deras skorpa inte har störts nämnvärt av förkastning eller deformation, och deras låga höjd beror på att de har suttit där, eroderar ner i miljarder år."
Dock, det finns platser där kratonger inte följer dessa regler.
"Till exempel, det finns regioner med hög topografi inom kratonerna i Sydamerika och Afrika, " sa doktoranden och huvudförfattaren Jiashun Hu.
Forskarna bearbetade geofysiska data med Blue Waters superdator vid National Center for Supercomputing Applications i Illinois i hopp om att bättre förstå dessa höghöjdsregioner. De tjocka rötterna av kratonger har ansetts vara flytande på grund av deras mineralinnehåll med låg densitet, låta dem flyta ovanpå den heta underliggande manteln. Dock, de nya uppgifterna indikerar att den kalla manteln som ligger under dessa regioner i Sydamerika och Afrika – en gång sammanfogad som en del av superkontinenten Pangea – har en skiktad struktur och att det nedre lagret var tätare tidigare än det är idag, sa Liu.
Denna densitetsskillnad kan vara resultatet av en process som kallas manteldelaminering. Under delaminering, det tätare nedre mantelskiktet skalar bort från det flytande övre skiktet under kratonskorpan efter att ha interagerat med het magma från mantelplymer, sa forskarna.
"Från flera typer av seismisk bilddata, vi kan se vad vi tror är delaminerade mantelplattor som sjunker ner i det heta, trögflytande djup mantel, " sa Liu.
Forskare, från vänster, Manuele Faccenda, vid universitetet i Padova, och Stephen Marshak, Quan Zhou, Craig Lundström, Jiashun Hu och Lijun Liu, hela University of Illinois, tillsammans med Karen Fischer från Brown University (ej på bilden), utmanar några av dagens ledande teorier om plattektonik med sin tolkning av forntida mantel-skorpa interaktioner. Kredit:L. Brian Stauffer
"Materialet som sedan växer tillbaka vid rötterna av kratongerna efter delaminering, på grund av kylning från ovan, är förmodligen kompositionsmässigt mycket mindre tät än vad som fanns där tidigare, " sa geologiprofessor Craig Lundström. "Det ger flytkraft, och den kraften från flytkraft kan vara det som bildar den onormalt höga topografin. "
Denna multidisciplinära studie börjar ge teamet en mycket logisk – om än komplicerad – uppdatering av historien om jordens tektoniska historia, sa forskarna.
"Den höga topografin i Afrika och Sydamerika är bara en del av historien, " sa Hu. "Det finns många geologiska fenomen som platsen för hotspot-banor, kontinental vulkanism, ythöjning och erosion, såväl som seismiskt avbildad deformation inom kratonrötterna som alla verkar korrelera väl med den föreslagna delamineringshändelsen, antyder ett potentiellt orsakssamband."
Det finns också bevis för att stödja andra platser för interaktion mellan kraton och plym under andra tider i jordens historia.
"Stenrekordet visar att höjningar och erosionshändelser har ägt rum under tidigare superkontinentcykler, " sa geologiprofessor och School of Earth, Samhälls- och miljöchef Stephen Marshak. "En relaterad studie diskuterar vad som kan vara en liknande händelse, nämligen kontinental höjning möjligen relaterad till delaminering av den kratoniska litosfären som orsakade perioden av global erosion som resulterade i den stora oöverensstämmelsen, som är kontakten mellan prekambrisk källarberg och paleozoiska sedimentära skikt."
Tills vidare, det är inte klart om och hur interaktion mellan kraton och plym kan påverka dagens jordbävningsaktivitet och vulkanism i områden som anses vara geologiskt inaktiva. Dock, studien markerar nytänkande i hur geologer kan förstå de så kallade stabila kratonerna.
