Sev Kender ved sit mikroskop
Et af de største spørgsmål, der stadig mangler at blive besvaret inden for pladetektonikken, er, hvordan subduktionszoner opstår, eller ‘indledes’. Pladetektonik og spredning af havbunden var en banebrydende teori, der blev opdaget i midten af det 20. århundrede, som forklarede en stor del af geologien og startede vores moderne disciplin. Før den var der ingen enkelt accepteret teori om, hvorfor oceaner og bjerge blev dannet, hvorfor kontinenterne ser ud, som om de engang var forbundet med hinanden, og hvorfor dyr fra forskellige kontinenter tilsyneladende havde fælles forfædre, der var forsvundet for længe siden. Sev Kender fortæller os her om nogle af de seneste fremskridt inden for videnskaben…
Subduktionszoner, som f.eks. den dybe Marianergrav ud for Japans sydkyst, er områder, hvor en plade skubbes ind under en anden, når de bevæger sig mod hinanden. Den underliggende plade forbruges ind i Jordens kappe og skaber varm magma, der bryder ud fra vulkaner på overfladen af den overliggende plade (f.eks. de nordlige Marianerøer). Det er ret problematisk at forklare, hvordan et stykke passiv havskorpe pludselig skulle bryde fra hinanden og begynde at danne en grøft, og der findes to førende modeller, der kan forklare, hvordan en subduktionszone kan starte: Der findes to forskellige modeller for, hvordan en subduktionszone kan opstå: “spontant” (den ene side synker, fordi den er mere tæt) eller “induceret” (tvunget af tryk fra en anden, fjern kilde). Men det er vanskeligt at afprøve disse idéer, fordi man ikke kan observere processen i dag. Subduktionszoner eksisterer i mange millioner år, og den indledende periode fandt i de fleste tilfælde sted for millioner af år siden.
Opholdsstedet for forskningen i skorpen
på Izu-Bonin-Mariana-bogen
En måde at forstå initieringen af subduktionszoner på er at bore et langt borehul i havskorpen på den overliggende plade for at teste sammensætningen og alderen af skorpen og for at se, hvordan den opførte sig (med hensyn til ændringer i havniveauet), før subduktionen begyndte. Problemet er, at millioner af års tid siden initieringen har gjort det muligt for kilometervis af sediment at hobe sig op ovenpå og skjule skorpen.
Mig selv og 30 andre forskere rejste i sommeren 2014 til Filippinerhavet med boreskibet JOIDES Resolution, der drives af International Ocean Discovery Program, for at bore ind i skorpen i Izu-Bonin-Mariana-bueområdet. Dette er en uddød havgravzone syd for Japan, hvor den moderne Marianergrav begyndte. I vores artikel i Nature Geoscience rapporterer vi, hvordan det lykkedes os at indsamle 1,5 km borehul gennem de overliggende sedimenter og ind i selve jordskorpen og datere stenene med mikrofossiler og magnetochroner (kendte tidligere omvendinger af magnetfelter, der er blevet dateret ved hjælp af andre teknikker i andre optegnelser).
Vi fandt, at skorpen var meget yngre end forventet (Eocæn, ca. 50 millioner år gammel), hvilket var en forbløffende opdagelse, der viste, at vi var nødt til at justere vores forestillinger om, hvordan subduktionszonen var dannet. Skorpen har kemiske egenskaber, der tyder på, at den blev dannet på det tidspunkt, hvor subduktionszonen startede, snarere end meget tidligere. Skorpen kan være blevet dannet i en ekstensionsmæssig sammenhæng gennem spredning af havbunden, der på nogle måder ligner den, der dannes ved mellemoceaniske rygge i dag, men i dette tilfælde i nærheden af den nyligt dannede subduktionszone.
Mellemoceaniske rygge er der, hvor der dannes frisk ny oceanisk skorpe, og de er det modsatte af subduktionszoner. Der er talrige ‘transformfejl’ nær højderyggene i dag, enorme brud gennem skorpen, der dannes på grund af spredningstallerkernes samspil med jordens krumning.
Et tyndt snit gennem den unge skorpe
En idé er, at subduktionszonen blev dannet langs en tidligere svaghedslinje i en af disse brudzoner, men vores optegnelser beviser ikke dette. De viser imidlertid, at initieringen sandsynligvis var “spontan” snarere end “induceret”, da skorpen blev dannet i en ekstensionssituation og ikke blev hævet før dannelsen. Dette har gjort det muligt for os at begynde at forstå processen for initiering af subduktion, og yderligere analyser i de kommende år af de indsamlede bjergarter vil hjælpe os med at forfine denne nye model og forstå udviklingen af Izu-Bonin-Mariana-bogen siden dens opståen.
af Sev Kender (Research Fellow inden for Centre for Environmental Geochemistry, BGS-University of Nottingham).
Følg Sev på twitter @SevKender
Billeder
Sev Kender ved sit mikroskop
Stedet for forskningen i skorpen i Izu-Bonin-Mariana-bogen
Et tyndt snit gennem den unge skorpe