Vědci řeší dlouhodobou záhadu kontinentální nadmořské výšky

Studie naznačuje, že rozpad kontinentů způsobuje hluboké přízemní vlny, které vedou ke vzniku topografických prvků, jako jsou útesy a náhorní plošiny.

Tým vědců vedený University of Southampton odpověděl na jednu z nejzáhadnějších otázek v deskové tektonice: jak a proč se „stabilní“ části kontinentů postupně zvedají, aby vytvořily některé z největších topografických prvků planety.

V jejich studii nedávno publikované v přírodaVědci zkoumali účinky globálních tektonických sil na vývoj krajiny v průběhu stovek milionů let. Zjistili, že když se tektonické desky oddělují, hluboko uvnitř Země se uvolňují silné vlny, které mohou způsobit, že se povrchy kontinentů zvednou o více než kilometr.

Hádanka svahů a náhorních plošin

Tato zjištění pomáhají vyřešit dlouhodobou hádanku o dynamických silách, které formují a spojují některé z nejdramatičtějších tvarů terénu na Zemi – obrovské topografické útvary zvané „útesy“ a „náhorní plošiny“, které hluboce ovlivňují klima a sousedství.

„Vědci se již dlouho domnívají, že strmé, kilometr vysoké topografické útvary zvané velké útesy – jako klasický příklad obklopující Jižní Afriku – vznikají, když se kontinenty roztrhnou a nakonec se rozdělí, ale vysvětlení, proč se vnitřky kontinentů zvedají, je daleko od „Je tento proces související s tvorbou těchto tyčících se útesů jsme prostě nevěděli,“ řekl hlavní autor Tom Gernon, profesor geověd na University of Southampton.

Vertikální pohyby stabilních částí kontinentů, nazývaných kratony, zůstávají jedním z nejméně pochopených aspektů deskové tektoniky.

Tým z University of Southampton, včetně Dr Thea Hincks, Dr Derek Kerr a Alice Cunningham, spolupracoval s kolegy z Helmholtz Center Potsdam – německého výzkumného centra GFZ pro geovědy a… University of Birmingham K vyřešení této základní otázky.

Jejich objevy pomáhají vysvětlit, proč části kontinentů, které byly dříve považovány za „stabilní“, procházejí významným zdvihem a erozí a jak mohou takové procesy migrovat stovky nebo dokonce tisíce kilometrů do vnitrozemí a vytvářet rozsáhlé vyvýšené oblasti známé jako plošiny, jako je centrální plošina. v jižní Africe.

Modelování kontinentálního zdvihu a eroze

Na základě jejich studie spojující diamantové erupce s rozpadem kontinentu, Publikováno v loňském roce v přírodaTým použil pokročilé počítačové modely a statistické metody ke studiu toho, jak zemský povrch reaguje na rozpad kontinentálních desek v průběhu času.

Zjistili, že když se kontinenty rozdělí, expanze kontinentální kůry způsobí kinematické pohyby v zemském plášti (masivní vrstvě mezi kůrou a jádrem).

„Tento proces lze přirovnat k prudkému pohybu, který se pohybuje směrem ke kontinentům a narušuje jejich hluboké základy,“ řekl profesor Sascha Brun, který vede katedru geodynamického modelování na GFZ Potsdam.

Profesor Brun a doktorka Anne Glerum, kteří také pracují v Postupimi, provedli simulaci, aby prozkoumali, jak se tento proces vyvinul. Tým si všiml zajímavého vzorce: Rychlost plášťových „vln“ pohybujících se pod kontinenty v jejich simulaci úzce odpovídá rychlosti velkých erozních událostí, které se přehnaly krajinou jižní Afriky po rozpadu starověkého superkontinentu Gondwana.

Vědci shromáždili důkazy, že na okrajích prastarých riftových údolí vyrostly velké útesy, stejně jako strmé stěny, které dnes vidíme na okrajích rift ve východní Africe. Ve stejnou dobu rifting také spustil „hlubokou plášťovou vlnu“, která se pohybuje podél základny kontinentu rychlostí 15 až 20 kilometrů za milion let.

Věří, že tato vlna funguje tak, že odstraňuje vrstvy horniny z kořenů kontinentů v důsledku konvekce.

„Stejně jako vzduchové balóny ztrácejí váhu, aby stoupaly výše, ztráta kontinentálního materiálu způsobuje vzestup kontinentů – proces zvaný izoelevace,“ řekl profesor Brun.

Na základě toho tým modeloval, jak bude krajina reagovat na toto pozdvižení způsobené pláštěm. Zjistili, že nestabilita migrujícího pláště vede k vlně povrchové eroze, která trvá desítky milionů let a pohybuje se napříč kontinentem podobnou rychlostí. Tato intenzivní eroze odstraňuje obrovskou váhu z hornin, což způsobuje, že zemský povrch dále stoupá a vytváří vysoké náhorní plošiny.

„Naše modely vývoje krajiny ukazují, jak řada událostí souvisejících s trhlinami může vést ke srázu i ke stabilní ploché plošině, i když z eroze vrstvy několika tisíc metrů skály.

Studie týmu poskytuje nové vysvětlení záhadných vertikálních pohybů kontinentů daleko od kontinentálních okrajů, kde je zdvih běžnější.

Dr Steve Jones, přidružený profesor zemských systémů na univerzitě v Birminghamu, dodal: „To, co zde máme, je přesvědčivý argument, že rifting může za určitých podmínek přímo generovat dlouhotrvající konvekční buňky ve svrchním plášti, a tyto rifting- indukované konvektivní systémy mají „hluboký vliv na topografii zemského povrchu, erozi, sedimentaci a distribuci přírodních zdrojů.“

Závěr a budoucí směřování

Tým dospěl k závěru, že stejná kaskáda poruch pláště, které spouštějí rychlé vynoření diamantů z hlubin Země, také zásadně formuje kontinentální krajiny a ovlivňuje řadu faktorů od regionálního klimatu a biologické rozmanitosti až po vzorce lidského osídlení.

Profesor Gernon, který obdržel velký filantropický grant od WoodNext Foundation spravované komunitní nadací Greater Houston, na studium globálního ochlazování, vysvětlil, že rozpad kontinentů nejen narušuje hluboké vrstvy Země, ale má také účinky, které se odrážejí napříč povrch kontinentů, o kterých se dříve předpokládalo, že tomu tak není, je stabilní.

„Destabilizace kontinentálních jader musela ovlivnit i starověké klima,“ uzavřel profesor Gernon.

Odkaz: „Koevoluce okrajů a vnitřků kontinentů během kontinentální separace“ od Thomas M. Gernon a Tia K. Hincks, Sascha Bron, Jane Brown a Stephen M. Jones, Derek Kerr, Alice Cunningham a Annie Glerum, 7. srpna 2024, příroda.
doi: 10.1038/s41586-024-07717-1