Under en lång tid, geovetare har antagit att Alperna bildades när Adriatiska plattan från söder kolliderade med den eurasiska plattan i norr. Enligt läroböckerna, Adriatiska plattan betedde sig som en bulldozer, stöta upp stenmaterial framför sig i högar som bildade bergen. Förment, deras vikt tryckte sedan den underliggande kontinentalplattan nedåt, vilket resulterar i bildandet av en sedimentbassäng i norr intill bergen – den schweiziska molasseplatån. Över tid, medan bergen växte sig högre sjönk bassängbotten djupare och djupare med resten av plattan.

Några år sedan, dock, nya geofysiska och geologiska data ledde ETH geofysiker Edi Kissling och Fritz Schlunegger, en sedimentspecialist från universitetet i Bern, att uttrycka tvivel om denna teori. Mot bakgrund av den nya informationen, forskarna postulerade en alternativ mekanism för bildandet av Alperna.

Alpernas höjd har knappt förändrats

Kissling och Schlunegger påpekade att alpernas topografi och höjd knappt har förändrats under de senaste 30 miljoner åren, och ändå har diket vid platsen för den schweiziska platån fortsatt att sjunka och bassängen sträckte sig längre norrut. Detta får forskarna att tro att bildandet av Centralalperna och dikets förlisning inte hänger ihop som tidigare antagits.

De hävdar att om Alperna och skyttegraven verkligen hade bildats genom att två plattor tryckte ihop, det skulle finnas tydliga tecken på att Alperna växte stadigt. Det är för att, baserat på den tidigare förståelsen av hur Alperna bildades, kollisionen av plattorna, bildandet av diket och höjden på bergskedjan är alla sammanlänkade.

Vidare, Seismicitet som observerats under de senaste 40 åren i de schweiziska alperna och deras norra förland dokumenterar tydligt förlängningen över bergskedjorna snarare än den kompression som förväntas för den bulldozingande Adria-modellen.

Den eurasiska plattans beteende ger en möjlig ny förklaring. Sedan cirka 60 år sedan, den tidigare oceaniska delen av den eurasiska plattan sjunker under den kontinentala Adriatiska mikroplattan i söder. För ungefär 30 månader sedan, denna subduktionsprocess är så långt framskriden att all oceanisk litosfär har förbrukats och den kontinentala delen av den eurasiska plattan går in i subduktionszonen.

Detta betecknar början på den så kallade kontinent-kontinentkollisionen med den adriatiska mikroplattan och den europeiska övre delen, lättare skorpa skiljer sig från den tyngre, underliggande litosfärisk mantel. Eftersom den väger mindre, jordskorpan stiger uppåt, bokstavligen skapade Alperna för första gången för cirka 30 år sedan. Medan detta händer, den litosfäriska manteln sjunker längre in i jordens mantel, drar alltså den intilliggande delen av plattan nedåt.

Denna teori är rimlig eftersom Alperna huvudsakligen består av gnejs och granit och deras sedimentära täckstenar som kalksten. Dessa jordskorpan är betydligt lättare än jordens mantel - i vilken det nedre lagret av plattan, den litosfäriska manteln, störtar efter att de två skikten som bildar kontinentalplattan lossnat. "I tur och ordning, detta skapar starka krafter uppåt som lyfter Alperna ur marken, " Kissling förklarar. "Det var dessa uppåtgående krafter som fick Alperna att bildas, inte bulldozereffekten som ett resultat av att två kontinentalplattor kolliderar, " han säger.

Ny modell bekräftar lyfthypotesen

För att undersöka lyfthypotesen, Luca Dal Zilio, tidigare doktorand i ETH geofysikprofessor Taras Geryas grupp, har nu slagit sig ihop med Kissling och andra ETH-forskare för att utveckla en ny modell. Dal Zilio simulerade subduktionszonen under Alperna:de plattektoniska processerna, som ägde rum under miljontals år, och de tillhörande jordbävningarna.

"Den stora utmaningen med denna modell var att överbrygga tidsskalorna. Den tar hänsyn till blixtsnabba förskjutningar som visar sig i form av jordbävningar, såväl som deformationer av skorpan och den litosfäriska manteln under tusentals år, säger Dal Zilio, huvudförfattare till studien som nyligen publicerades i tidskriften Geofysiska forskningsbrev .

Enligt Kissling, modellen är ett utmärkt sätt att simulera de upplyftande processer som han och hans kollega postulerar. "Vår modell är dynamisk, vilket ger det en stor fördel, " han säger, förklarar att tidigare modeller tog ett ganska styvt eller mekaniskt tillvägagångssätt som inte tog hänsyn till förändringar i plattans beteende. "Alla våra tidigare observationer överensstämmer med denna modell, " han säger.

Modellen bygger på fysiska lagar. Till exempel, den eurasiska plattan tycks subducera söderut. I motsats till den normala modellen för subduktion, dock, det rör sig faktiskt inte i denna riktning eftersom kontinentens position förblir stabil. Detta tvingar den subducerande litosfären att dra sig tillbaka norrut, vilket gör att den eurasiska plattan utövar en sugeffekt på den relativt lilla Adriatiska plattan.

Kissling liknar handlingen vid ett sjunkande skepp. Den resulterande sugeffekten är mycket stark, han förklarar. Stark nog att dra in den mindre Adriatiska mikroplattan så att den kolliderar med skorpan på den eurasiska plattan. "Så, mekanismen som sätter plattorna i rörelse är i själva verket inte en tryckande effekt utan en drageffekt, " han säger, drar slutsatsen att den drivande kraften bakom det helt enkelt är tyngdkraften på den subducerande plattan.

Att tänka om seismicitet

Dessutom, modellen simulerar förekomsten av jordbävningar, eller seismicitet, i centrala alperna, den schweiziska platån och nedanför Po-dalen. "Vår modell är den första jordbävningssimulatorn för de schweiziska centralalperna, " säger Dal Zilio. Fördelen med denna jordbävningssimulator är att den täcker en mycket lång tidsperiod, vilket innebär att den också kan simulera mycket starka jordbävningar som inträffar extremt sällan.

"Nuvarande seismiska modeller är baserade på statistik, " Dal Zilio säger, "medan vår modell använder geofysiska lagar och därför också tar hänsyn till jordbävningar som bara inträffar en gång med några hundra år." Aktuell jordbävningsstatistik tenderar att underskatta sådana jordbävningar. De nya simuleringarna förbättrar därför bedömningen av jordbävningsrisken i Schweiz.