Wetenschappers lossen het al lang bestaande mysterie van de continentale hoogte op

De studie suggereert dat het uiteenvallen van continenten diepe grondgolven veroorzaakt, waardoor topografische kenmerken zoals kliffen en plateaus ontstaan.

Een team van wetenschappers onder leiding van de Universiteit van Southampton heeft een van de meest raadselachtige vragen op het gebied van de platentektoniek beantwoord: hoe en waarom ‘stabiele’ delen van continenten geleidelijk oprijzen en enkele van de grootste topografische kenmerken van de planeet vormen.

In hun onlangs gepubliceerde studie in natuurDe onderzoekers onderzochten de effecten van mondiale tektonische krachten op de evolutie van landschappen gedurende honderden miljoenen jaren. Ze ontdekten dat wanneer tektonische platen uit elkaar gaan, er krachtige golven diep in de aarde vrijkomen die ervoor kunnen zorgen dat continentale oppervlakken meer dan een kilometer stijgen.

De puzzel van hellingen en plateaus

Deze bevindingen helpen bij het oplossen van een al lang bestaande puzzel over de dynamische krachten die enkele van de meest dramatische landvormen op aarde vormen en binden: enorme topografische kenmerken die ‘kliffen’ en ‘plateaus’ worden genoemd en die het klimaat en de buurten diepgaand beïnvloeden.

“Wetenschappers hebben lang vermoed dat steile, kilometershoge topografische kenmerken, die grote kliffen worden genoemd – zoals het klassieke voorbeeld rond Zuid-Afrika – worden gevormd wanneer continenten uiteenvallen en uiteindelijk uiteenvallen Dit proces hield verband met de vorming van deze torenhoge kliffen, we wisten het gewoon niet”, zegt hoofdauteur Tom Gernon, hoogleraar geowetenschappen aan de Universiteit van Southampton.

Verticale bewegingen van stabiele delen van continenten, cratons genoemd, blijven een van de minst begrepen aspecten van de platentektoniek.

Een team van de Universiteit van Southampton, waaronder dr. Thea Hincks, dr. Derek Kerr en Alice Cunningham, werkte samen met collega’s van het Helmholtz Center Potsdam – het Duitse GFZ-onderzoekscentrum voor geowetenschappen en… Universiteit van Birmingham Om deze fundamentele vraag te beantwoorden.

Hun bevindingen helpen verklaren waarom delen van continenten waarvan voorheen werd gedacht dat ze ‘stabiel’ waren, aanzienlijke opwaartse kracht en erosie ondergaan, en hoe dergelijke processen honderden of zelfs duizenden kilometers landinwaarts kunnen migreren en uitgestrekte verhoogde gebieden vormen die bekend staan ​​als plateaus, zoals het centrale plateau. in zuidelijk Afrika.

Modellering van continentale opheffing en erosie

Gebaseerd op hun onderzoek dat diamantuitbarstingen koppelt aan het uiteenvallen van het continent, Vorig jaar verschenen in natuurHet team gebruikte geavanceerde computermodellen en statistische methoden om te bestuderen hoe het aardoppervlak in de loop van de tijd reageert op het uiteenvallen van continentale platen.

Ze ontdekten dat wanneer continenten zich splitsen, de uitzetting van de continentale korst kinematische bewegingen in de aardmantel veroorzaakt (de massieve laag tussen de korst en de kern).

“Dit proces kan worden vergeleken met een ingrijpende beweging die richting de continenten beweegt en hun diepe fundamenten verstoort”, zegt professor Sascha Brun, hoofd van de afdeling Geodynamische Modellering bij GFZ Potsdam.

Professor Brun en dr. Anne Glerum, die ook in Potsdam werken, voerden een simulatie uit om te onderzoeken hoe dit proces zich ontwikkelde. Het team merkte een interessant patroon op: de snelheid van de mantelgolven die zich in hun simulatie onder de continenten bewegen, komt nauw overeen met de snelheid van grote erosiegebeurtenissen die door het Zuid-Afrikaanse landschap raasden na het uiteenvallen van het oude supercontinent Gondwana.

Wetenschappers hebben bewijs verzameld dat er grote kliffen zijn ontstaan ​​aan de randen van oude kloofvalleien, net zoals de steile wanden die we vandaag de dag zien aan de randen van de kloof in Oost-Afrika. Tegelijkertijd veroorzaakte de scheuringsgebeurtenis ook een ‘diepe mantelgolf’ die zich langs de basis van het continent voortbeweegt met een snelheid van 15 tot 20 kilometer per miljoen jaar.

Ze geloven dat deze golf door convectie lagen rots van de wortels van de continenten verwijdert.

“Net zoals luchtballonnen afvallen om hoger te stijgen, zorgt het verlies van continentaal materiaal ervoor dat continenten stijgen – een proces dat isoelevatie wordt genoemd,” zei professor Brun.

Op basis hiervan modelleerde het team hoe het landschap zou reageren op deze door de mantel veroorzaakte stijging. Ze ontdekten dat de instabiliteit van de migrerende mantel leidt tot een golf van oppervlakte-erosie die tientallen miljoenen jaren aanhoudt en zich met een vergelijkbare snelheid over het continent beweegt. Deze intense erosie verwijdert een enorm gewicht van de rotsen, waardoor het aardoppervlak verder stijgt en hoge plateaus ontstaan.

“Onze modellen voor landschapsevolutie laten zien hoe een reeks aan rifting gerelateerde gebeurtenissen kan leiden tot zowel een steile helling als een stabiel, vlak plateau, hoewel dit voortkomt uit de erosie van een laag van enkele duizenden meters rots.

De studie van het team biedt een nieuwe verklaring voor de raadselachtige verticale bewegingen van continenten ver van de continentale marges, waar opwaartse kracht vaker voorkomt.

Dr. Steve Jones, universitair hoofddocent Earth Systems aan de Universiteit van Birmingham, voegde hieraan toe: “Wat we hier hebben is een overtuigend argument dat rifting, onder bepaalde omstandigheden, direct langlevende convectiecellen in de bovenmantel kan genereren, en deze rifting-cellen kunnen geïnduceerde convectieve systemen hebben “een diepgaand effect op de topografie van het aardoppervlak, erosie, sedimentatie en distributie van natuurlijke hulpbronnen.”

Conclusie en toekomstige richtingen

Het team concludeerde dat dezelfde cascade van mantelverstoringen die ervoor zorgt dat diamanten snel diep uit de aarde naar boven komen, ook continentale landschappen fundamenteel vormgeeft en een reeks factoren beïnvloedt, van het regionale klimaat en de biodiversiteit tot menselijke nederzettingspatronen.

Professor Gernon, die een grote filantropische subsidie ​​ontving van de WoodNext Foundation, beheerd door de Greater Houston Community Foundation, om de mondiale afkoeling te bestuderen, legde uit dat het uiteenvallen van het continent niet alleen de diepe lagen van de aarde verstoort, maar ook effecten heeft die doorklinken in de hele wereld. het oppervlak van de continenten, waarvan eerder werd gedacht dat dit niet het geval was. Het is stabiel.

“De destabilisatie van continentale kernen moet ook de oude klimaten hebben beïnvloed”, concludeerde professor Gernon.

Referentie: “Co-evolutie van marges en interieurs van continenten tijdens continentale scheiding” door Thomas M. Gernon en Tia K. Hincks, Sascha Bron, Jane Brown en Stephen M. Jones, Derek Kerr, Alice Cunningham en Annie Glerum, 7 augustus 2024, natuur.
doi: 10.1038/s41586-024-07717-1