Oamenii de știință rezolvă misterul de lungă durată al cotei continentale

Studiul sugerează că ruperea continentelor provoacă valuri de sol adânci, dând naștere unor caracteristici topografice precum stânci și platouri.

O echipă de oameni de știință condusă de Universitatea din Southampton a răspuns la una dintre cele mai încurcate întrebări din tectonica plăcilor: cum și de ce părțile „stabile” ale continentelor se ridică treptat pentru a forma unele dintre cele mai mari caracteristici topografice ale planetei.

În studiul lor publicat recent în naturăCercetătorii au examinat efectele forțelor tectonice globale asupra evoluției peisajelor pe parcursul a sute de milioane de ani. Ei au descoperit că atunci când plăcile tectonice se separă, valuri puternice sunt eliberate adânc în interiorul Pământului, care pot face ca suprafețele continentale să se ridice cu mai mult de un kilometru.

Puzzle-ul pantelor și platourilor

Aceste descoperiri ajută la rezolvarea unui puzzle de lungă durată despre forțele dinamice care modelează și leagă unele dintre cele mai dramatice forme de relief de pe Pământ – vaste caracteristici topografice numite „stânci” și „podisuri” care influențează profund clima și cartierele.

„Oamenii de știință au bănuit de mult că trăsăturile topografice abrupte, cu o înălțime de kilometri, numite stânci mari – cum ar fi exemplul clasic care înconjoară Africa de Sud – se formează atunci când continentele se rup și, în cele din urmă, se despart acest proces legat de formarea acestor stânci falnice, pur și simplu nu știam”, a spus autorul principal Tom Gernon, profesor de geoștiințe la Universitatea din Southampton.

Mișcările verticale ale părților stabile ale continentelor, numite cratoni, rămân unul dintre cele mai puțin înțelese aspecte ale tectonicii plăcilor.

O echipă de la Universitatea din Southampton, inclusiv Dr. Thea Hincks, Dr. Derek Kerr și Alice Cunningham, a colaborat cu colegii de la Centrul Helmholtz Potsdam – centrul de cercetare german GFZ pentru geoștiințe și… Universitatea din Birmingham Pentru a aborda această întrebare de bază.

Descoperirile lor ajută la explicarea de ce părți ale continentelor despre care se credea anterior că sunt „stabile” suferă ridicări și eroziune semnificative și modul în care astfel de procese pot migra sute sau chiar mii de kilometri spre interior, formând zone înalte vaste cunoscute sub numele de platouri, cum ar fi platoul central. în sudul Africii.

Modelarea ridicării și eroziunii continentale

Pe baza studiului lor care leagă erupțiile de diamant de ruperea continentală, Publicat anul trecut în naturăEchipa a folosit modele computerizate avansate și metode statistice pentru a studia modul în care suprafața Pământului răspunde la ruperea plăcilor continentale în timp.

Ei au descoperit că atunci când continentele se divid, expansiunea scoarței continentale provoacă mișcări cinematice în mantaua Pământului (stratul masiv dintre crustă și nucleu).

„Acest proces poate fi comparat cu o mișcare extinsă care se deplasează către continente și le perturbă fundațiile adânci”, a spus profesorul Sascha Brun, care conduce Departamentul de Modelare Geodinamică de la GFZ Potsdam.

Profesorul Brun și Dr. Anne Glerum, care lucrează și în Potsdam, au condus o simulare pentru a investiga modul în care a evoluat acest proces. Echipa a observat un model interesant: viteza „valurilor” de manta care se deplasează sub continente în simularea lor se potrivește îndeaproape cu viteza evenimentelor majore de eroziune care au măturat peisajul din sudul Africii după destrămarea vechiului supercontinent Gondwana.

Oamenii de știință au strâns dovezi că marile stânci au apărut la marginile vechilor văi rift, la fel ca pereții abrupți pe care îi vedem astăzi pe marginile riftului în Africa de Est. În același timp, evenimentul de rifting a declanșat și o „undă adâncă a mantalei” care se deplasează de-a lungul bazei continentului cu o viteză de 15 până la 20 de kilometri pe milion de ani.

Ei cred că acest val lucrează pentru a îndepărta straturile de rocă de la rădăcinile continentelor din cauza convecției.

„Așa cum baloanele cu aer pierd în greutate pentru a crește mai mult, pierderea de material continental face ca continentele să se ridice – un proces numit izoelevație”, a spus profesorul Brun.

Pe baza acestui fapt, echipa a modelat modul în care peisajul ar răspunde la această ridicare indusă de manta. Ei au descoperit că instabilitatea mantalei migratoare duce la un val de eroziune de suprafață care durează zeci de milioane de ani și se deplasează pe continent cu o viteză similară. Această eroziune intensă îndepărtează o greutate enormă de pe roci, determinând suprafața Pământului să se ridice și mai mult, creând platouri înalte.

„Modelele noastre de evoluție a peisajului arată cum o serie de evenimente legate de rifting poate duce la un escarp, precum și la un platou stabil, plat, deși de la eroziunea unui strat de câteva mii de metri de rocă.

Studiul echipei oferă o nouă explicație pentru mișcările verticale surprinzătoare ale continentelor departe de marginile continentale, unde ridicarea este mai frecventă.

Dr. Steve Jones, profesor asociat în Sistemele Pământului la Universitatea din Birmingham, a adăugat: „Ceea ce avem aici este un argument convingător conform căruia rifting-ul poate, în anumite condiții, să genereze direct celule de convecție cu viață lungă în mantaua superioară, iar aceste rifting- sistemele convective induse au „un efect profund asupra topografiei suprafeței Pământului, eroziunii, sedimentării și distribuției resurselor naturale”.

Concluzie și direcții de viitor

Echipa a concluzionat că aceeași cascadă de perturbări ale mantalei care declanșează diamantele să iasă rapid din adâncul Pământului modelează, de asemenea, în mod fundamental peisajele continentale, influențând o serie de factori, de la clima regională și biodiversitatea până la modelele de așezări umane.

Profesorul Gernon, care a primit o bursă filantropică majoră de la WoodNext Foundation, administrată de Greater Houston Community Foundation, pentru a studia răcirea globală, a explicat că ruperea continentală nu numai că deranjează straturile adânci ale Pământului, ci are și efecte care reverberează peste tot. suprafața continentelor, despre care se credea anterior că nu este cazul.

„Destabilizarea nucleelor ​​continentale trebuie să fi afectat și climele antice”, a concluzionat profesorul Gernon.

Referință: „Co-evoluția marginilor și a interioarelor continentelor în timpul separării continentale” de Thomas M. Gernon și Tia K. Hincks, Sascha Bron, Jane Brown și Stephen M. Jones, Derek Kerr, Alice Cunningham și Annie Glerum, 7 august 2024, natură.
doi: 10.1038/s41586-024-07717-1