Sev Kender mikroskoopin ääressä
Yksi suurimmista kysymyksistä, joihin laattatektoniikassa on vielä vastausta vailla, on se, miten subduktiovyöhykkeet saavat alkunsa eli ”käynnistyvät”. Levytektoniikka ja merenpohjan leviäminen oli 1900-luvun puolivälissä löydetty uraauurtava teoria, joka selitti suuren osan geologiasta ja aloitti nykyaikaisen tieteenalamme. Sitä ennen ei ollut olemassa yhtä ainoaa hyväksyttyä teoriaa siitä, miksi valtameret ja vuoret muodostuivat, miksi mantereet näyttävät siltä, että ne olivat aikoinaan yhteydessä toisiinsa, ja miksi eri mantereiden eläimillä näytti olevan kauan sitten kadonneita yhteisiä esi-isiä. Tässä Sev Kender kertoo meille eräistä tieteen viimeaikaisista edistysaskelista…
Subduktiovyöhykkeet, kuten syvä Mariaanihauta Japanin etelärannikon edustalla, ovat paikkoja, joissa yksi mannerlaatta työntyy toisen alle niiden liikkuessa toisiaan kohti. Alla oleva laatta kuluu maan vaippaan ja synnyttää kuumaa magmaa, joka purkautuu tulivuorista yläpuolisen laatan pinnalla (esim. Pohjois-Mariaanit). On varsin ongelmallista selittää, miten passiivisen valtameren kuoren kappaleen pitäisi yhtäkkiä hajota ja alkaa muodostaa juoksuhautaa, ja on olemassa kaksi johtavaa mallia, jotka selittävät, miten subduktiovyöhyke voi alkaa: Spontaani” (toinen puoli vajoaa, koska se on tiheämpi) tai ”indusoitu” (toisen, kaukaisen lähteen aiheuttama paine). Näitä ajatuksia on kuitenkin vaikea testata, koska prosessia ei voida havaita tapahtuvan nykyään. Subduktiovyöhykkeet säilyvät useita miljoonia vuosia, ja useimmissa tapauksissa prosessin käynnistyminen on tapahtunut miljoonia vuosia sitten.
Tutkimuspaikka Izu-Bonin-Marianan kaaren
kuoressa
Yksi keino ymmärtää subduktiovyöhykkeen käynnistymistä on porata pitkä porausreikä yläpuolisen laatan valtameren kuoreen, testata kuoren koostumusta ja ikää sekä nähdä, miten se käyttäytyi (merenpinnan tason muutosten suhteen) ennen kuin subduktio alkoi. Ongelmana on se, että miljoonien vuosien kuluminen initiaation alkamisesta on mahdollistanut sen, että päälle on kasaantunut kilometrien verran sedimenttiä, joka peittää maankuoren.
Minä ja 30 muuta tutkijaa matkasimme kesällä 2014 Filippiinienmerelle kansainvälisen Ocean Discovery Program -ohjelman operoimalla porausaluksella JOIDES Resolution poraamaan Izu-Bonin-Mariana-kaaren maankuoreen. Kyseessä on Japanin eteläpuolella sijaitseva sammunut valtamerihautavyöhyke, josta nykyaikainen Mariaanihauta sai alkunsa. Nature Geoscience -lehdessä julkaistussa artikkelissamme kerromme, kuinka porasimme onnistuneesti 1,5 kilometrin pituisen kairausreiän läpi peittävien sedimenttien läpi ja itse kuoreen, ja ajoitimme kivet mikrofossiilien ja magneettikentän kääntöpisteiden ”magnetochronien” avulla (tunnetut menneisyyden kääntöpisteet, jotka on ajoitettu muilla tekniikoilla muissa tietueissa).
Havaitsimme, että kuori oli paljon odotettua nuorempaa (eoseeniä, noin 50 miljoonaa vuotta vanhaa), mikä oli hätkähdyttävä löytö, joka osoitti, että meidän oli säädettävä uudelleen käsityksemme siitä, miten subduktiovyöhyke muodostui. Kuoren kemialliset ominaisuudet viittaavat siihen, että se on muodostunut subduktiovyöhykkeen alkamisajankohtana eikä paljon aikaisemmin. Kuori on saattanut muodostua laajenemisessa merenpohjan levittäytymisen kautta, joka on jollakin tavoin samanlainen kuin nykyään keskimeriharjanteilla muodostuva kuori, vaikkakin tässä tapauksessa lähellä vasta muodostunutta subduktiovyöhykettä.
Keskimeriharjanteet ovat paikkoja, joissa muodostuu tuoretta uutta valtamerten kuorta, ja ne ovat subduktiovyöhykkeiden vastakohta. Harjujen läheisyydessä on nykyään lukuisia ”muuntautumishalkeamia”, valtavia kuoren läpi kulkevia murtumia, jotka muodostuvat leviävien levyjen ja maan kaarevuuden vuorovaikutuksesta.
Ohut poikkileikkaus nuoren kuoren läpi
Yksi ajatukseksi on esitetty, että subduktiovyöhyke olisi muodostunut jossakin näistä murtumavyöhykkeistä aiemmin esiintynyttä heikkouden linjaa pitkin, mutta aineistomme eivät todista tätä. Ne osoittavat kuitenkin, että syntyminen oli todennäköisesti pikemminkin ”spontaania” kuin ”indusoitua”, koska maankuori muodostui laajenemisympäristössä eikä se kohonnut ennen muodostumistaan. Tämä on antanut meille mahdollisuuden alkaa ymmärtää subduktion käynnistymisprosessia, ja tulevina vuosina kerättyjen kivien jatkoanalyysit auttavat meitä tarkentamaan tätä uutta mallia ja ymmärtämään Izu-Bonin-Mariana-kaaren kehitystä sen synnystä lähtien.
Tekijä: Sev Kender (tutkija, Centre for Environmental Geochemistry, BGS-University of Nottingham).
Seuraa Seviä twitterissä @SevKender
Kuvia
Sev Kender mikroskoopin ääressä
Tutkimuspaikka Izu-Bonin-Marianan kaaren kuoren tutkimuksessa
Ohutleikkaus nuoren kuoren läpi