Mantelstrukturar koplast mot prosessar på jordas overflate

Ein modell for kontinentaldrift og bevegelsar av polpunkta på jorda for dei seinaste 540 millionar åra er utvikla av forskarar frå Senter for Jordens utvikling og dynamikk, UiO. Forskarane har klart å rekonstruera kontinenta i lengdegrader der store basaltprovinsar og den vulkanske djupbergarten kimberlitt er plassert over oppdriftsområder frå nedre lag av mantelen. Modellen gir eit rammeverk for å forstå samanhengen mellom mantelen og platetektonikk.

Globen viser ein rekonstruksjon av kontinenta slik den var i slutten av den geologiske tidsepoken Devon der Laurussia (inkludert Nord-Amerika, Grønland, Skandinavia og England) vart skilt frå Gondwana (Sør-Amerika) ved Rheic Ocean, og Sibir ved Ægir havet. Kontinenta er plassert i breiddegrad utleia frå paleomagnetiske data, mens lengdegraden er kalibrert på ein slik måte at bergarten kimberlitt (grøne sirklar) ligg direkte over oppdriftsområder frå nedre lag av mantelen. Figur: T.H. Torsvik/CEED.

Rekonstruksjon av kontinenta slik den var i slutten av den geologiske tidsepoken Devon der Laurussia (inkludert Nord-Amerika, Grønland, Skandinavia og England) vart skilt frå Gondwana (Sør-Amerika) ved Rheic Ocean, og Sibir ved Ægir havet. Kontinenta er plassert i breiddegrad utleia frå paleomagnetiske data, mens lengdegraden er kalibrert på ein slik måte at bergarten kimberlitt (grøne sirklar) ligg direkte over oppdriftsområder frå nedre lag av mantelen. Figur: T.H. Torsvik/CEED. Sjå større bilde.

Forskarteamet frå Senter for Jordens utvikling og dynamikk (CEED), UiO, leia av professor Trond Helge Torsvik, publiserte 2 juni funna om kontinentaldrift og bevegelsar i polpunkta i artikkelen: Deep mantle structure as a reference frame for movements in and on the Earth. Artikkelen er publisert i det prestisjetunge amerikanske tidsskriftet - Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Artikkelen kan påverke den gjeldande oppfatninga av jordas geologiske historie, herunder belyse ulike scenario for mantelkonveksjon i Jordas fortid og den langsiktige stabiliteten i reservoar i den nedste delen av mantelen.

Forskinga er utført ved Senter for Jordens utvikling og Dynamikk (CEED), UiO, men involverer i tillegg forskarar frå andre institusjonar, mellom anna Naturhistorisk museum.

Nokre Jord fakta:

Mantelen er laget mellom jordas skorpe og den ytre delen av den flytande kjernen. Den er omlag 2900 kilometer tjukk, og utgjer ca. 84% av jordas volum.

Store vulkanske provinsar (LIPs) består hovudsaklig av basalt, ein relativt tung, magmatisk bergart. LIPs har blitt danna under katastrofal smelting av den øvre mantelen som deretter har vorte raskt nedkjølt når den har kome opp til overflaten

Varmesøyle genererande soner er tynne oppdriftsområder av varmt  materiale frå den nedre delen av mantelen ved marginane til de to store termo-kjemiske reservoara Tuzo og Jason, liggjande under Afrika og Stillehavet.

Kimberlitt er ein vulkansk bergart best kjent for nokre gonger å innehalda diamantar. Oppkalla etter byen Kimberley i Sør-Afrika.

 

Før superkontinentet Pangea

For nesten 320 millionar år sidan mellom siste del av den geologisk tidsalderen Paleozoikum, og den tidlige delen av Mesozoikum, vart eit superkontinent kalla Pangea danna. Sidan fødselen av Pangea og seinare nedbrytning av dette superkontinentet, finn vi at fleirtalet av store vulkanske provinsar og diamantførande bergarter (kimberlitt) nær jordoverflata er danna over marginane til to store termokjemiske reservoar (Tuzo og Jason) som gir oppdrift av varmt materiale frå den nedre mantelen til jordas overflate.

Denne samanhengen mellom vulkanske bergartar og spesielt basalt og kimberlitt tyder på at det er to strukturar i mantelen liggjande under Afrika og Stillehavet som har vore stabile i minst 300 millionar år.

For å testa om samanhengen mellom jordoverflata og oppdrifta frå mantelen er bærekraftig før superkontinentet Pangea, måtte forskarteamet utvikla ein ny platetektonikk modell før Pangea. Det er denne modellen som no er publisert i det prestisjetunge amerikanske tidsskriftet Proceedings of National Academy of Sciences.

Ein rammeverk modell

- Vi måtte utvikle ein ny modell for absolutt tektonisk platebevegelse som opprettheld forbindelsen tilbake 540 millionar år i jordas historie, og den måtte bygge på kunnskap om kjente geologiske og tektoniske hendingar slik som opning og lukking av hav og danning av fjellkjeder, forklarer professor Trond H. Torsvik som også er direktør ved CEED.

Den nye modellen av Torsvik og kollegaer handlar om å finne ein måte å navigera kontinenta i ein lengdegradgrid (meridianane). Navigasjon som verktøy vart forbetra på midten av 1800-tallet med oppfinninga av eit robust og nøyaktig havgåande kronometer som tillot sjøfolk å kalibrere lengdegrad mot ein vilkårlig nullmeridian gjennom det kongelige observatorium i Greenwich. I kombinasjon med breddegrad avleia frå posisjonane frå sola eller stjernene, kunne då sjøfolk for fyrste gong berekna sin posisjon på kloden på ein pålitelig måte.

Jord forskarar har vore i ein tilsvarande situasjon ved at dei ikkje har hatt noko måte å berekna plassering av kontinenta i lengdegradar bakover i førhistorisk tid. Med den nye modellen er forskarane frå CEED og deira samarbeidspartnarar i stand til å navigera kontinenta i lengdegradar tilbake til byrjinga av Paleozoikum for 540 millionar år sidan. Breiddegradane er avleia frå paleomagnetiske data funne frå målingar av bergartar.

Polvandring

Imidlertid er forskinga på platetektonikk og breiddegrader komplisert. Ein utfordring forskarteamet måtte handtera undervegs var jordas rotasjonsakse, som med omsyn til kva breiddegrad som er definert, kan bevega seg i forhold til det nedste laget av mantelen og dei stabile mantel reservoara.

Teamet kunne identifisera seks fasar av polvandring - bevegelse av spinnaksen i forhold til den djupe mantelen under Paleozoikum langs ein stor sirkel sentrert ved ekvator ~ 11 ° øst (eller 169 ° vest) av Greenwich, omtrent på dei lengdegradane der dei også fann at dei termokjemiske oppdriftspunkta låg. Oslo er derfor et betre valg enn Greenwich som nullmeridian ifølge Torsvik.

- Den nye platetektonikk modellen der Tuzo og Jason ser ut til å ha vore stabile i minst 540 millionar år, tyder på at ein svært tidlig opphav til dei djupe mantelstrukturane er ei levedyktig hypotese. Vår tilnærming kan potensielt verta utvida til danninga av det førre superkontinentet Rodinia for omtrent en milliard år sidan, forklarar professor Torsvik. Modellen er imidlertidig kun utvikla for kontinenta og neste skritt er å forbetra den til ein global modell for heile litosfæren, inkludert havområda. Dette er utfordrande, men nødvendig for å vurdere om den nye modellen er tektonisk og geodynamisk plausibel, avsluttar Torsvik som saman med dei andre har lagt inn ti års forskingsinnsats i arbeidet bak modellen.

Om CEED

Senter for Jordens utvikling og Dynamikk (CEED) vart etablert i 2013 ved Universitetet i Oslo, Institutt for geofag. Senteret er eit senter for framifrå forsking finansiert av Norsk Forskningsråd.

Senteret er dedikert til forskning av grunnleggjande betydning for forståelse av jorda. Visjonen til senteret er å utvikle ein jordmodell som forklarer korleis strukturar og prosessar i mantelen samvirkar med platetektonikk og kan utløyse vulkanisme som kan ha medført store miljø- og klimaendringer gjennom jordas historie.

 

Referanse:

Torsvik, T.H., Van der Voo, R., Doubrovine, P.V., Burke, K., Steinberger, B., Ashwal, L.D., Trønnes, R.G., Webb, S.J., & A.L. Bull, (2014). Deep mantle structure as a reference frame for movements in and on the Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences. Doi:10.1073/pnas.1318135111

Les meir om dette: Sporer kontinentenes ferd 220 millioner år lenger tilbake. forskning.no (blogg), 3. juni 2014.

Publisert 3. juni 2014 09:44 - Sist endra 18. sep. 2017 22:13