Bildningsmekanismen för Adirondackbergen i New York har länge utgett ett geologiskt mysterium, säger seismologiforskare vid det närliggande University of Massachusetts Amherst. Några har föreslagits, men tills nyligen fanns inte verktyg för att utvärdera dem, säger postdoktor Xiaotao Yang och biträdande professor Haiying Gao.

Nu, använder en avancerad seismisk avbildningsmetod och data som endast är tillgängliga under de senaste fem åren, de har konstruerat en detaljerad modell av den tektoniska plattan - skorpan och litosfärens översta styva mantel under nordöstra USA - ner till cirka 100 mil, där de upptäckte en "kudde" med låg densitet, relativt lätt stenmaterial. De säger att en kolumn av detta lättare material verkar ha pressats ihop under Adirondacks, eventuellt expanderad med värme, att bilda de kupolformade bergen.

"För första gången, vi har några direkta bevis på strukturer under Adirondackbergen, och vi visar att denna funktion och en tidigare upplyftningsperiod är anslutna till en mycket större skala, regional situation, "Säger Yang.

"Vi föreslår att geologiska processer utlöste flödet av denna lägre densitet, relativt lätt och flytande låghastighetsmaterial från en stor reservoar in i en spricka eller ett ledigt utrymme och det ackumulerades där i en kolonn och lyftes upp. Det kan också ha varit varmt och termiskt expanderat. "Detaljer visas i tidskriften American Geophysical Union, Geofysiska forskningsbrev .

Ett sätt forskarna kan skilja på denna kudde och kolumn av avvikande material är genom att mäta hastigheten på seismiska vågor som reser genom jorden, Förklarar Yang. "Seismiska vågor färdas långsammare genom lågdensiteten, låghastighetsmaterial jämfört med omgivande stenar. "

Han och Gao kartlade detta material med låg hastighet cirka 50-85 km under Adirondackbergen. "Dessa låghastighetsfunktioner kan ha berott på att astenosfären stiger, ett svagt lager under litosfären, "noterar forskarna." Den uppåtgående kraften i det uppväxande astenosfärflödet, tillsammans med eventuell termisk expansion, kan ha tillhandahållit mekanismen som bildade Adirondackbergen. "

Frågan om hur olika berg bildades har funnits i många år, Yang säger, och för mycket stora funktioner som 1, 500 mil Appalachian Mountain Range, tektoniska plattgränskollisionsprocesser är relativt väl förstådda. Men för berg som ligger helt inom en ganska stabil tektonisk platta, kända som interkratoniska berg, lyftmekanismer som inte är gränsrelaterade, är mindre tydliga.

"Vi vill veta mer om bildandet av denna typ av berg, "Yang säger." Innan denna studie, vi misstänkte att plattan skjuts upp underifrån för att bilda en kupol, men det fanns inga bevis för eller emot denna idé. "

För detta arbete, han och Gao använde data från National Science Foundation's EarthScope -program, en bärbar uppsättning seismometrar utplacerade över hela USA och rörde sig systematiskt från väst till öst under ett antal år i de nedre 48 delstaterna. Data i nordöstra USA har varit offentligt tillgängliga sedan 2013. Före EarthScope, att samla in sådan information var "hit or miss, "Yang säger, eftersom seismometrar var ojämnt och glest fördelade.

"EarthScope gav mycket finare datatäckning, "tillägger han." Det gav en riktigt unik möjlighet att tillåta oss att genomföra denna studie, inte bara på grund av tätheten av stationer, men de var jämnt fördelade vilket gav oss mer av en 3D-förståelse av funktionerna. För att få en tydligare bild, vi utnyttjade en avancerad teknik, som involverar simulering av seismiska vågor som sprider sig på 3D-jorden. "

"Istället för att använda jordbävningsvågor, vår teknik extraherar seismiska vågor från bakgrundsljud mellan varje två stationer, utnyttja de tätt fördelade seismiska stationerna. Du behöver också ett sätt att hantera processen med en enorm mängd data, "tillägger han. För detta, de använde Massachusetts Green High Performance Computing Center i Holyoke, Massachusetts.

Baserat på deras observationer, han och Gao tror nu att mellan 90 och 120 miljoner år sedan, den tektoniska plattan under nordöstra USA passerade över en geologisk "hot spot, "som nu ligger under västra Atlanten, utanför Massachusetts kust, känd som New England -sjömounts. Vissa studier tyder på att New England -regionen var upplyftande vid den tiden, som kan ha orsakats av varmvattenuppvärmning. Hot-spot-aktiviteterna kan också ha bidragit med värme till processer som bildar Adirondack-bergen.

Förutom finansiering från NSF och NSF:s EarthScope -program, detta arbete stöddes av startfinansiering från UMass Amherst till Gaos seismologilaboratorium.