Vedci riešia dlhoročnú záhadu pohybujúcich sa kontinentov

Štúdie ukazujú, že kontinentálne trhliny spôsobujú hlboké zemské vlny, čo vedie k topografickým prvkom, ako sú strmé útesy a náhorné plošiny.

Tím vedcov pod vedením univerzity v Southamptone odpovedal na jednu z najzaujímavejších otázok platňovej tektoniky: ako a prečo sa „stagnujúce“ časti kontinentov pomaly dvíhajú a vytvárajú niektoré z najväčších topografických prvkov planéty.

Vo svojej nedávno zverejnenej štúdii PrírodaVýskumníci skúmali účinky globálnych tektonických síl na vývoj krajiny počas stoviek miliónov rokov. Zistili, že keď sa tektonické platne zlomia, na Zemi sa zdvihnú silné vlny, ktoré spôsobia, že povrchy kontinentov sa zdvihnú o viac ako kilometer.

Tajomstvo strmých skál a náhorných plošín

Tieto zistenia pomáhajú vyriešiť dlhotrvajúcu záhadu o dynamických silách, ktoré formujú a spájajú niektoré z najdramatickejších tvarov krajiny – obrovské topografické prvky nazývané „zrázy“ a „náhorné plošiny“, ktoré hlboko ovplyvňujú klímu a biológiu.

„Vedci už dlho predpokladajú, že strmé, kilometer vysoké topografické útvary nazývané Veľké zrázy – ako je klasický príklad, ktorý obklopuje Južnú Afriku – vznikli, keď sa kontinenty roztrhli a nakoniec sa oddelili. Vysvetľujúc však, prečo sú vnútro kontinentov preč od takýchto zrázov , vzostup a erózia sa ukázali byť oveľa náročnejšie, jednoducho povedané, nevieme bol,“ povedal vedúci autor Tom Gurnon, profesor vied o Zemi na University of Southampton.

Vertikálny pohyb stabilných častí kontinentov, nazývaných kratóny, je jedným z najmenej pochopených aspektov doskovej tektoniky.

Tím z University of Southampton, pozostávajúci z Dr Thea Hincks, Dr Derek Keir a Alice Cunningham, spolupracoval s kolegami z Helmholtz Center Potsdam – GFZ German Research Center for Geosciences and. University of Birmingham Aby som odpovedal na túto základnú otázku.

Ich výsledky pomáhajú vysvetliť, prečo časti kontinentov, ktoré sa predtým považovali za „stabilné“, prechádzajú značným zdvihom a eróziou a ako sa takéto procesy tiahnu stovky či tisíce kilometrov do vnútrozemia, čím vznikajú rozsiahle vyššie oblasti, nazývané náhorné plošiny, ako napríklad Centrálna plošina Južná Afrika.

Modelovanie kontinentálneho zdvihu a erózie

Na základe jeho štúdií spájajúcich diamantové erupcie s kontinentálnym rozpadom, uverejnené minulý rok PrírodaTím použil pokročilé počítačové modely a štatistické metódy, aby zistil, ako zemský povrch v priebehu času reagoval na rozbitie kontinentálnych platní.

Zistili, že keď sa kontinenty vzďaľujú, naťahovanie kontinentálnej kôry spôsobuje pohyb v zemskom plášti (hrubá vrstva medzi zemským povrchom a jadrom).

Profesor Sascha Brun, ktorý vedie sekciu geodynamického modelovania na GFZ Potsdam, povedal: „Tento proces možno prirovnať k masovému hnutiu, ktoré sa pohybuje smerom ku kontinentom a otriasa ich hlbokými základmi.“

Profesor Brunn a doktorka Anne Glerum, ktorá tiež sídli v Postupime, spustili simulácie na preskúmanie tohto procesu. Tím si všimol zaujímavý vzor: rýchlosť plášťových „vĺn“ pohybujúcich sa pod kontinentmi v ich simuláciách tesne zodpovedala rýchlosti veľkých eróznych udalostí, ku ktorým došlo v krajine južnej Afriky po rozpade starovekého superkontinentu Gondwana.

Vedci spojili dôkazy, aby navrhli, že Veľký zráz vznikol na okrajoch starovekých priekopových údolí, rovnako ako sa dnes objavujú strmé steny na okrajoch východoafrickej priekopy. Medzitým táto trhlina tiež generuje „hlbokú vlnu plášťa“, ktorá sa pohybuje pozdĺž základne kontinentu rýchlosťou asi 15-20 kilometrov za milión rokov.

Veria, že táto vlna konvektívne odstraňuje vrstvy hornín z kontinentálnych koreňov.

„Rovnako ako teplovzdušný balón stráca svoju váhu, aby stúpal, kontinenty stúpajú v dôsledku straty kontinentálneho materiálu – proces nazývaný izostáza,“ povedal profesor Brunn.

Na základe toho tím modeloval, ako krajiny reagujú na toto povznesenie poháňané plášťom. Zistili, že migrujúca nestabilita plášťa vedie k vlne povrchovej erózie, ktorá trvá milióny rokov a pohybuje sa rovnakou rýchlosťou po celom kontinente. Táto rýchla erózia odstraňuje veľkú masu hornín, čo spôsobuje, že povrch zeme ďalej stúpa a vytvára vysoké náhorné plošiny.

„Naše modely vývoja krajiny ukazujú, ako postupnosť udalostí zahŕňajúcich trhliny môže viesť k vytvoreniu stabilných plochých plošín pozdĺž svahov, aj keď bolo erodovaných niekoľko tisíc metrov vrstiev hornín,“ University of Potsdam Jean Brown, profesor procesu zemského povrchu. Vysvetlil modeling v GFZ Potsdam so sídlom v Nemecku.

Štúdia tímu poskytuje nové vysvetlenie záhadného vertikálneho pohybu kratónov preč od okrajov kontinentov, kde je zdvihnutie bežnejšie.

Dr Steve Jones, docent zemského systému na univerzite v Birminghame, povedal: „Máme presvedčivý argument, že rifting môže za určitých okolností priamo generovať dlhotrvajúce konvekčné bunky horného plášťa v kontinentálnom meradle a tieto konvekcie iniciované trhlinami systémy majú hlboký vplyv na topografiu zemského povrchu, eróziu, sedimentáciu a distribúciu prírodných zdrojov.“

Závery a budúce smerovanie

Tím dospel k záveru, že rovnaká séria porúch v plášti, ktoré spôsobujú, že diamanty rýchlo stúpajú z hlbokého vnútra Zeme, tiež zásadne formujú kontinentálnu krajinu a regionálnu klímu a biologické procesy ovplyvňujú zmenu klímy, od rozmanitosti až po vzorce ľudského osídlenia.

Profesor Gernon, ktorý získal významný filantropický grant na štúdium globálneho ochladzovania od nadácie WoodNext, ktorú vedie komunitná nadácia Greater Houston, vysvetlil, že rozpad kontinentov neovplyvňuje len hlbšie vrstvy Zeme, ale má tiež dôsledky pre kontinenty sa objavia na povrchu, ktoré sa predtým považovali za stabilné.

Profesor Gernon dospel k záveru, že „destabilizácia centier kontinentov mohla ovplyvniť aj staroveké podnebie.“

Odkaz: „Koevolúcia okrajov a interiérov kratónov počas kontinentálneho rozpadu“ Thomas M. Gernon, Thea K. Autori Hincks, Sasha Braun, Jean Braun, Stephen M. Jones, Derek Keir, Alice Cunningham a Anne Glerum, 7. augusta 2024, Príroda,
DOI: 10.1038/s41586-024-07717-1