Sev Kender przy swoim mikroskopie
Jednym z największych pytań, na które trzeba odpowiedzieć w tektonice płyt jest to, jak zaczynają się, lub „inicjują” strefy subdukcji. Tektonika płyt i rozprzestrzenianie się dna morskiego były przełomową teorią odkrytą w połowie XX wieku, która wyjaśniła znaczną część geologii i zapoczątkowała naszą nowoczesną dyscyplinę. Przed nią nie istniała jedna akceptowana teoria wyjaśniająca, dlaczego powstały oceany i góry, dlaczego kontynenty wyglądają jak kiedyś połączone ze sobą i dlaczego zwierzęta z różnych kontynentów wydają się mieć dawno zaginionych wspólnych przodków. Tutaj Sev Kender opowiada nam o niektórych ostatnich postępach w nauce…
Strefy subdukcji, takie jak głęboki Rów Mariański u południowych wybrzeży Japonii, to miejsca, gdzie jedna płyta jest wpychana pod drugą, gdy poruszają się ku sobie. Płyta leżąca pod spodem jest zużywana w płaszczu Ziemi i tworzy gorącą magmę, która wybucha z wulkanów na powierzchni płyty leżącej nad spodem (np. Mariany Północne). Wyjaśnienie, w jaki sposób kawałek pasywnej skorupy oceanicznej miałby się nagle oderwać i zacząć tworzyć rów, jest dość problematyczne, dlatego istnieją dwa wiodące modele wyjaśniające, w jaki sposób może rozpocząć się strefa subdukcji: 'spontaniczny’ (jedna strona zapada się, bo jest bardziej gęsta) lub 'indukowany’ (wymuszony przez ciśnienie z innego, odległego, źródła). Trudno jest jednak przetestować te pomysły, ponieważ nie można dziś zaobserwować zachodzącego procesu. Strefy subdukcji utrzymują się przez wiele milionów lat, a okres inicjacji w większości przypadków miał miejsce miliony lat temu.
Miejsce prowadzenia badań w skorupie
łuku Izu-Bonin-Mariana
Jednym ze sposobów zrozumienia inicjacji strefy subdukcji jest wykonanie długiego odwiertu w skorupie oceanicznej na płycie nadległej, aby zbadać skład i wiek skorupy oraz sprawdzić, jak zachowywała się ona (pod względem zmian poziomu morza), zanim rozpoczęła się subdukcja. Problem polega na tym, że miliony lat czasu od inicjacji pozwoliły kilometrom osadów nawarstwić się na wierzchu i przesłonić skorupę.
Mój i 30 innych naukowców udali się latem 2014 roku na Morze Filipińskie na statku wiertniczym JOIDES Resolution, obsługiwanym przez International Ocean Discovery Program, aby wwiercić się w skorupę łuku Izu-Bonin-Mariana. Jest to strefa wygasłych rowów oceanicznych na południe od Japonii, gdzie rozpoczął się współczesny Rów Mariański. W naszym artykule w Nature Geoscience opisujemy, jak z powodzeniem wykonaliśmy 1,5-kilometrowy odwiert przez zalegające osady i w głąb samej skorupy, datując skały za pomocą mikroskamieniałości i „magnetochronów” (znanych przeszłych odwróceń pola magnetycznego, które zostały datowane innymi technikami w innych rejestrach).
Odkryliśmy, że skorupa jest znacznie młodsza niż oczekiwano (eocen, około 50 milionów lat), oszałamiające odkrycie wskazujące, że musimy ponownie dostosować nasze pomysły na to, jak strefa subdukcji powstała. Skorupa posiada cechy chemiczne wskazujące na to, że została uformowana w momencie rozpoczęcia strefy subdukcji, a nie dużo wcześniej. Skorupa mogła uformować się w warunkach rozciągłości poprzez rozprzestrzenianie się dna morskiego, w pewien sposób podobna do tej, która tworzy się obecnie na grzbietach śródoceanicznych, choć w tym przypadku w pobliżu nowo powstałej strefy subdukcji.
Grzbiety śródoceaniczne to miejsca, gdzie tworzy się nowa, świeża skorupa oceaniczna i są przeciwieństwem stref subdukcji. Obecnie w pobliżu grzbietów znajdują się liczne „uskoki transformacyjne”, ogromne pęknięcia skorupy, które powstają w wyniku interakcji płyt rozprzestrzeniających się z krzywizną Ziemi.
Cienki przekrój przez młodą skorupę
Jednym z pomysłów jest to, że strefa subdukcji powstała wzdłuż wcześniejszej linii słabości w jednej z tych stref pęknięć, ale nasze zapisy tego nie potwierdzają. Pokazują one jednak, że inicjacja była prawdopodobnie „spontaniczna”, a nie „indukowana”, ponieważ skorupa powstała w warunkach ekstensji i nie została wypiętrzona przed uformowaniem. Pozwoliło nam to na rozpoczęcie zrozumienia procesu inicjacji subdukcji, a dalsze analizy zebranych skał w ciągu najbliższych lat pomogą nam udoskonalić ten nowy model i zrozumieć ewolucję łuku Izu-Bonin-Mariana od jego powstania.
Przez Sev Kender (Research Fellow w Centrum Geochemii Środowiska, BGS-University of Nottingham).
Follow Sev on twitter @SevKender
Obrazy
Sev Kender przy swoim mikroskopie
Miejsce badań nad skorupą łuku Izu-Bonin-Mariana
Cienki przekrój przez młodą skorupę
.