Pogodzenie geologii i geofizyki w badaniu subdukcji płyt oceanicznych
Badając dno morskie, można zgromadzić niezwykle cenne informacje na temat wewnętrznego „silnika” Ziemi, gdzie w wyniku konwekcji w płaszczu Ziemi ciepło przekształcane jest w ruch. W wyniku zjawiska tektoniki płyt materiał z płaszcza ziemskiego jest przemieszczany, a następnie wraca na swoje miejsce w drodze subdukcji, czyli procesu polegającego na wsuwaniu się jednej płyty tektonicznej pod drugą. „Dno morskie nieustannie się odnawia. Jednak o ile wiemy, jak formowały się kontynenty po rozpadzie superkontynentu zwanego Pangeą, co miało miejsce około 250 milionów lat temu, to jednak nie znamy losów dwóch trzecich powierzchni Ziemi pokrytych wodami oceanów”, zauważa koordynatorka projektu DEEP TIME Karin Sigloch z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych, instytucji będącej gospodarzem projektu. Problemem tutaj jest zjawisko subdukcji, które odpowiada za „wymazanie” informacji dotyczących powierzchni dna mórz. Projekt DEEP TIME, finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, pomógł w rekonstrukcji powierzchni dna morskiego z okresu paleolitu, ujawniając tym samym, jak zmieniły się granice kontynentów i płyt. Zespół projektu przyjął kontrowersyjną hipotezę, zgodnie z którą płaszcz Ziemi zachowuje się w na tyle spójny sposób, że jego zmiany są przewidywalne, co z kolei pozwala na modelowanie oparte na prognozowaniu wstecznym, zwanym metodą hindcastingu. Najważniejszym aspektem tych prac była analiza dawnych płyt oceanicznych, ponownie wsuniętych w głąb płaszcza, ulegających deformacji wraz z przesuwaniem się w kierunku jądra Ziemi. Odzwierciedlają one warunki środowiskowe, w których zostały „wyrzeźbione”, co może być źródłem wielu wskazówek na temat wpływu rowów oceanicznych, ruchów tektonicznych i dynamiki płaszcza ziemskiego. Dzięki uzyskaniu lepszej rozdzielczości zdjęć tomograficznych dolnej części płaszcza zespół projektu DEEP TIME zaktualizował opis pozostałości po subdukcji, ujawniając błędy w interpretacji poprzednich obrazów, których jakość była dużo niższa.
Wprowadzenie do „tomotektoniki”
W ramach projektu DEEP TIME ponownie przyjrzano się odrzuconej wcześniej hipotezie, zgodnie z którą płyty zostały zatopione w rowach oceanicznych i pozostawały nieruchome przez dziesiątki milionów lat. Uczeni przez lata wypracowali konsensus, według którego mechanizmy geologiczne związane zarówno z płaszczem, jak i subdukcją muszą być bardziej skomplikowane i zróżnicowane. „Zaproponowaliśmy prostszą i bardziej jednolitą wizję planety, łącząc dane z powierzchni i obszaru pod powierzchnią w ramach podejścia, które nazwaliśmy »tomotektoniką«”, dodaje Sigloch. Dokonując ponownej oceny zapisów z tomografii sejsmicznej dotyczących globalnej subdukcji do głębokości około 2 000 km – i 200 milionów lat wstecz – zespół nie mógł odrzucić hipotezy mówiącej, że masywne, pogrubione płyty po prostu uległy zatopieniu na pewnej głębokości i pozostały stabilne w płaszczu. „To zadowalające wyjaśnienie, zgodne z tym, co przewidzieli geofizycy, zanim powstały nowsze, bardziej złożone interpretacje zaobserwowanych procesów”, podkreśla Sigloch. Zespół sugeruje również, że strefy subdukcji mają swoje źródło głównie w basenach oceanicznych i pozostają nieruchome do momentu napotkania dryfującego kontynentu. Takie kolizje powodują naniesienie materiałów z rowu oceanicznego na krawędź kontynentalną, albo niszcząc strefę subdukcji, albo zmieniając ją w rów przylegający do krawędzi. „Cieszy mnie możliwość wglądu w dynamikę rozwoju kontynentów”, mówi Sigloch. „Większość stref subdukcji badanych przez geologów znajduje się na wybrzeżach kontynentalnych. Na ogół nie docenia się faktu, że wcześniej były to rowy oceaniczne”. Zespołowi udało się również ustalić, że płyty mają dłuższą „pamięć”, niż wcześniej zakładano – możliwe, że sięgającą nawet 300 milionów lat wstecz.
Zakopywanie podziałów
Obiecującym wynikiem ponownej oceny zapisów paleogeograficznych jest wniosek, że w czasach dinozaurów istniał „dodatkowy ocean” na zachód od obu Ameryk. Już wcześniej zakładano taką hipotezę, ale w dużej mierze została ona odrzucona, ponieważ jego zachodnie granice nie obejmowały żadnego dużego kontynentu, lecz raczej rowy, w których znajdowały się mikrokontynenty. „Jest to znacząca zmiana dotychczasowych założeń, ponieważ ten basen oceaniczny mógł kształtować klimat, powodować zróżnicowanie gatunkowe, nie wspominając o zasobach naturalnych, które dały początek gospodarce wczesnej Ameryki, na przykład gorączce złota!”, dodaje Sigloch. W rezultacie prace wykonane w ramach projektu DEEP TIME doprowadziły do tego, że obecnie pytania o złożoność dotyczą nie głębokich warstw podpowierzchniowych, ale tych położonych bliżej powierzchni. „Chociaż zachowanie płaszcza ziemskiego jest stosunkowo proste, geometria rowów powierzchniowych jest bardziej złożona, co utrudnia wnioskowanie na temat przeszłości wyłącznie w oparciu o dane dotyczące samej powierzchni. Mimo to wyraźnie widać, że w płaszczu ukryta jest głębsza historia. Dzięki połączeniu obu metod nasza praca może ułatwić prognozowanie wsteczne”, podsumowuje Sigloch.
Słowa kluczowe
DEEP TIME, subdukcja, Pangea, dno morskie, kontynent, ocean, płaszcz, tektonika płyt, tomografia, prognozowanie wsteczne, hindcasting
