Andernas höjd, som höjden på andra bergskedjor på jorden, bestäms av tektoniska krafter. Kredit:NASA; Astronautfoto ISS059-E-517
Vilka krafter och mekanismer bestämmer höjden på berg? En grupp forskare från Münster och Potsdam har nu hittat ett överraskande svar:Det är inte erosion och vittring av stenar som bestämmer bergmassivens övre gräns, utan snarare en jämvikt av krafter i jordskorpan. Detta är ett fundamentalt nytt och viktigt fynd för geovetenskaperna. Forskarna rapporterar om det i den vetenskapliga tidskriften Natur .
De högsta bergskedjorna på jorden - som Himalaya eller Anderna - uppstår längs konvergerande plattgränser. Vid sådana plattgränser, två tektoniska plattor rör sig mot varandra, och en av plattorna tvingas in under den andra i jordens mantel. Under denna subduktionsprocess, kraftiga jordbävningar inträffar upprepade gånger på plattans gränssnitt, och under miljontals år, bergskedjor byggs i kanterna av kontinenterna.
Huruvida höjden på bergskedjor huvudsakligen bestäms av tektoniska processer i jordens inre eller av erosionsprocesser som skulpterar jordens yta har länge diskuterats inom geovetenskapen.
En ny studie ledd av Armin Dielforder från GFZ German Research Center for Geoscience visar nu att erosion av floder och glaciärer inte har någon betydande inverkan på bergskedjornas höjd. Tillsammans med forskare från GFZ och universitetet i Münster (Tyskland), han löste den långvariga debatten genom att analysera styrkan hos olika plattgränser och beräkna krafterna som verkar längs plattans gränssnitt.
Forskarna kom fram till detta överraskande resultat genom att beräkna krafterna längs olika plattgränser på jorden. De använde data som ger information om plåtgränsernas styrka. Dessa data härleds, till exempel, från värmeflödesmätningar i underytan. Värmeflödet vid konvergenta plattgränser påverkas i sin tur av friktionsenergin vid gränsytan mellan kontinentalplattorna.
Diagrammet jämför medelhöjden för bergskedjor med skjuvkraften (DFs) som verkar längs tektoniska plattgränser. Man kan se att bergshöjden ökar linjärt med denna kraft. Detta fynd indikerar att höjden på bergskedjor huvudsakligen är tektoniskt kontrollerad och att globala skillnader i bergshöjd beror på skillnader i skjuvkraften. Kredit:Dielforder et al. 2020, Natur :DOI 10.1038/s41586-020-2340-7
Man kan föreställa sig bildandet av berg med hjälp av en duk. Om du placerar båda händerna under duken på bordsskivan och trycker på den, tyget viker, och på samma gång, den glider lite över handryggen. De framväxande vecken skulle motsvara, till exempel, till Anderna, glidningen över handryggen till friktionen i underjorden. Beroende på bergets egenskaper, spänningar byggs också upp i den djupa underjorden som släpps ut vid svåra jordbävningar, speciellt i subduktionszoner.
Forskarna samlade in världsomspännande data från litteraturen om friktion i underytan av bergskedjor av olika höjd (Himalaya, Anderna, Sumatra, Japan) och beräknade den resulterande spänningen och därmed de krafter som leder till höjningen av respektive berg. På det här sättet, de visade att i aktiva berg, kraften på plåtgränsen och krafterna till följd av bergens vikt och höjd är i balans.
En sådan kraftbalans finns i alla bergskedjor som studeras, även om de är belägna i olika klimatzoner med mycket varierande erosionshastigheter. Detta resultat visar att bergskedjor kan reagera på processer på jordens yta och växa med snabb erosion på ett sådant sätt att kraftbalansen och bergskedjans höjd upprätthålls. Detta i grunden nya fynd öppnar upp för många möjligheter att studera den långsiktiga utvecklingen och tillväxten av berg i större detalj.
