Sev Kender vid sitt mikroskop
En av de största frågorna som återstår att besvara inom plattektonik är hur subduktionszoner startar, eller ”initieras”. Plattentektonik och spridning av havsbotten var en banbrytande teori som upptäcktes i mitten av 1900-talet och som förklarade mycket av geologin och startade vår moderna disciplin. Innan dess fanns det ingen enskild accepterad teori om varför oceaner och berg bildades, varför kontinenter ser ut som om de tidigare var sammanlänkade och varför djur från olika kontinenter tycktes ha gemensamma förfäder som försvunnit för länge sedan. Här berättar Sev Kender om några av de senaste framstegen inom vetenskapen…
Subduktionszoner, som den djupa Marianergraven utanför Japans sydkust, är platser där en platta trycks in under en annan när de rör sig mot varandra. Den underliggande plattan förbrukas i jordens mantel och skapar varm magma som bryter ut från vulkaner på ytan av den överliggande plattan (t.ex. norra Marianerna). Det är ganska problematiskt att förklara hur en bit passiv havsskorpa plötsligt kan brytas isär och börja bilda ett dike, och det finns två ledande modeller som finns för att förklara hur en subduktionszon kan starta: Spontan” (den ena sidan sjunker eftersom den är tätare) eller ”inducerad” (påtvingad av tryck från en annan, avlägsen källa). Men det är svårt att testa dessa idéer, eftersom processen inte kan observeras i dag. Subduktionszoner består i många miljoner år, och initieringsperioden skedde för miljontals år sedan i de flesta fall.
Platsen för forskningen i skorpan
av Izu-Bonin-Mariana-bågen
Ett sätt att förstå initieringen av subduktionszoner är att borra ett långt borrhål i havsskorpan på den överliggande plattan, för att testa skorpans sammansättning och ålder och för att se hur den betedde sig (när det gäller havsnivåförändringar), innan subduktionen började. Problemet är att miljontals års tid sedan initieringen har gjort att kilometer av sediment har staplat sig ovanpå och skymt skorpan.
Mig själv och 30 andra forskare reste till Filippinska havet sommaren 2014 på borrfartyget JOIDES Resolution, som drivs av International Ocean Discovery Program, för att borra i skorpan i Izu-Bonin-Mariana-bågen. Detta är en utdöd havsgravszon söder om Japan, där den moderna Marianergraven tog sin början. I vår artikel i Nature Geoscience rapporterar vi hur vi framgångsrikt samlade in 1,5 km borrhål genom de överliggande sedimenten och in i själva jordskorpan och daterade stenarna med hjälp av mikrofossiler och ”magnetochroner” för magnetfältsomvändning (kända tidigare omvändningar som har daterats med andra tekniker i andra register).
Vi fann att skorpan var mycket yngre än väntat (Eocen, cirka 50 miljoner år gammal), en häpnadsväckande upptäckt som visade att vi behövde justera våra idéer om hur subduktionszonen bildades. Skorpan har kemiska egenskaper som tyder på att den bildades när subduktionszonen startade, snarare än mycket tidigare. Skorpan kan ha bildats i en extensiv miljö genom spridning av havsbotten, på sätt och vis liknande den som bildas vid midoceaniska ryggar idag, fast i det här fallet nära den nybildade subduktionszonen.
Midoceaniska ryggar är platser där ny fräsch ny oceanisk skorpa bildas och är motsatsen till subduktionszoner. Det finns många ”transformationsfel” nära åsarna idag, enorma sprickor genom skorpan som bildas på grund av spridningsplattornas interaktion med jordens krökning.
Ett tunt snitt genom den unga skorpan
En idé är att subduktionszonen bildades längs en tidigare svaghetslinje i en av dessa sprickzoner, men våra register bevisar inte detta. De visar dock att initieringen troligen var ”spontan” snarare än ”inducerad”, eftersom skorpan bildades i en extensionell miljö och inte lyftes upp innan den bildades. Detta har gjort det möjligt för oss att börja förstå processen för initiering av subduktion, och ytterligare analyser under de kommande åren av de insamlade stenarna kommer att hjälpa oss att förfina denna nya modell och förstå utvecklingen av Izu-Bonin-Mariana-bågen sedan dess uppkomst.
av Sev Kender (forskare vid Centre for Environmental Geochemistry, BGS-University of Nottingham).
Följ Sev på twitter @SevKender
Bilder
Sev Kender vid sitt mikroskop
Platsen för forskningen om skorpan i Izu-Bonin-Mariana-bågen
Ett tunt snitt genom den unga skorpan
.