Forskare använder små mineraler som kallas zirkoner som geologiska tidmätare. Dessa kristaller är ofta inte större än ett sandkorn och registrerar kemiska signaturer av den geologiska miljön där de bildades. I en ny studie ledd av forskare vid University of Texas i Austin, använde forskare dem för att beskriva vad som kan vara ett förbisett steg i en grundläggande tektonisk process som höjer havsbotten till berg.
I en studie publicerad i tidskriften Geology , beskriver forskarna zirkoner från Anderna i Patagonien. Även om zirkonerna bildades när tektoniska plattor kolliderade, har de en kemisk signatur förknippad med när plattorna rörde sig isär.
Forskarna tror att den oväntade signaturen kan förklaras av mekaniken hos underliggande tektoniska plattor som ännu inte har beskrivits i andra modeller. Detta saknade steg involverar en sorts geologisk saftbildning i en magmakammare där zirkoner bildas innan de når ytan, med oceanisk skorpa som kommer in i kammaren före den kontinentala skorpan.
"Om du lägger någon havsbassäng under denna magma, har du en förändring i sammansättningen av denna magma när den är införlivad", säger studiens huvudförfattare Fernando Rey, doktorand vid UT Jackson School of Geosciences. "Detta är något som inte dokumenterades innan denna studie."
Denna teori om blandning av oceanisk magma är viktig eftersom den kan representera ett övergångssteg i bildandet av bakre bågbassänger – en viktig geologisk struktur som formar landskap, geologiska uppgifter och hjälper till att reglera planetens klimat.
Dessa bassänger bildas mellan oceaniska och kontinentala tektoniska plattor, öppnas upp när plattorna flyttas isär och stängs när de återgår till varandra. Medan öppningen av bassängen skapar oceanisk skorpa, pressar dess stängning skorpan i bergen – vilket ger en geologisk historik över jordens historia till ytan där människor lättare kan komma åt den, säger medförfattaren Matt Malkowski, en biträdande professor vid Jackson School's Institutionen för geo- och planetvetenskap. Dessutom är vittringen av havsskorpan en viktig drivkraft för naturlig koldioxidlagring.
"Det här är jordens sätt att binda kol. Mycket effektivt i sig, men det kan ta hundratusentals om inte miljoner år", sa Malkowski.
Malkowski samlade in de zirkoner som undersöktes i studien från sten- och sedimentprover på en fältplats i Patagonien. Proverna fångade hela registreringen av den bakre bågbassängen, kallad Rocas Verdes Basin, från öppning till stängning.
När Rey började analysera zirkonernas kemiska signaturer såg ingenting malplacerad ut först. Zirkonerna förknippade med en öppningsbassäng hade den förväntade signaturen. Men när han började undersöka zirkoner förknippade med stängningen av bassängen, genomgick signaturen inte det förväntade kemiska skiftet - känd för forskare som en "pull down" på grund av hur data som plottar isotopförhållandena går från att stadigt stiga till att falla ner.
När den neddragningssignaturen inte dök upp förrän 200 miljoner år senare, som dök upp i zirkoner som bildades för 30 miljoner år sedan när bassängen redan var långt inne i sin stängningsfas, antog Rey och hans medarbetare ett scenario som kunde hjälpa till att förklara data.
I sin artikel föreslår de en modell där samma tektoniska krafter som klämmer in den oceaniska skorpan i berg kan understryka delar av den skorpan och trycka den mot den magmatiska kammaren där zirkonerna bildas – vilket påverkar de kemiska signaturerna som registrerats i kristallerna under tidiga till mellanstadier av stängning. När kontinenterna fortsätter att klämmas ihop ersätts oceaniska skorpan så småningom av kontinental skorpa, källan till neddragningssignalen.
Forskarna tror att denna övergångsfas där zirkoner pressas av havsskorpan kan vara en del av bakre bågbassänger runt om i världen. Men det finns en bra anledning till varför det inte har observerats tidigare, sa Rey. De flesta bakre bågbassänger stängs snabbare än Patagonien gjorde – på några miljoner år snarare än tiotals miljoner år – vilket innebär ett kortare tidsfönster under vilket dessa zirkoner kan bildas.
Nu när forskare har upptäckt denna zirkonsignal i Patagonien kan de börja leta efter tecken på den i zirkoner från andra platser. Rey analyserar för närvarande zirkoner från Japanska havet – en modern bakre bågbassäng som är i de tidiga stadierna av stängning – för att se om det finns tecken på oceanisk skorpa som påverkar zirkonsignaturen.
Denna forskning lägger till ett rekord av upptäckter om bakre bågbassänger vid UT Austin, sa Malkowski. Professor Ian Dalziel skrev en välkänd Nature tidning 1974 som först upptäckte att Anderna i Patagonien bildades på grund av stängning av bakre bågbassänger.
"Här är vi 50 år senare, och vi lär oss fortfarande nya saker om dessa stenar," sa Malkowski.
Mer information: F.M. Rey et al, Detrital isotopisk registrering av en retirerande accretionär orogen:Ett exempel från de patagoniska Anderna, Geology (2024). DOI:10.1130/G51918.1
Journalinformation: Natur , Geologi
Tillhandahålls av University of Texas i Austin
