Met behulp van seismische gegevens en supercomputers, Geofysici van Rice University hebben een enorme seismische CT-scan uitgevoerd van de bovenmantel onder het Tibetaanse plateau en concludeerden dat de zuidelijke helft van het "dak van de wereld" zich in minder dan een kwart van de tijd sinds het begin van het continentaal India-Eurazië heeft gevormd. botsing.

Het onderzoek, die deze week online verschijnt in het journaal Natuurcommunicatie , constateert dat de hoogte van Zuid-Tibet grotendeels binnen 10 miljoen jaar werd bereikt. De tektonische botsing van het vasteland van India met Azië begon ongeveer 45 miljoen jaar geleden.

"De kenmerken die we in ons tomografische beeld zien, zijn heel anders dan wat we eerder hebben gezien met behulp van traditionele seismische inversietechnieken, " zei Min Chen, de Rice-onderzoeker die het project leidde. "Omdat we volledige golfvorminversie hebben gebruikt om een ​​grote seismische dataset te assimileren, we waren in staat om duidelijker te zien hoe de bovenmantellithosfeer onder Zuid-Tibet verschilt van die van de omliggende regio. Ons seismisch beeld suggereert dat de Tibetaanse lithosfeer dikker werd en een dichtere wortel vormde die brak en dieper in de mantel zonk. We concluderen dat het grootste deel van de opleving in Zuid-Tibet waarschijnlijk plaatsvond toen deze lithosferische wortel brak."

Het onderzoek zou kunnen helpen bij het beantwoorden van al lang bestaande vragen over de vorming van Tibet. Bekend als het "dak van de wereld, " het Tibetaanse plateau ligt meer dan vijf mijl boven de zeespiegel. Het basisverhaal achter de oprichting ervan - de tektonische botsing tussen de Indiase en Euraziatische continenten - is bekend bij schoolkinderen over de hele wereld, maar de specifieke details zijn ongrijpbaar gebleven. Bijvoorbeeld, wat zorgt ervoor dat het plateau stijgt en hoe beïnvloedt de hoge ligging het klimaat op aarde?

"De leidende theorie stelt dat het plateau continu steeg toen de botsing tussen India en Eurazië begon, en dat het plateau in stand wordt gehouden door de noordwaartse beweging van de Indiase plaat, die het plateau dwingt om horizontaal in te korten en tegelijkertijd omhoog te bewegen, " zei co-auteur van de studie Fenglin Niu, een professor in de aardwetenschappen aan Rice. "Onze bevindingen ondersteunen een ander scenario, een snellere en gepulseerde verheffing van Zuid-Tibet."

Het duurde drie jaar voordat Chen en collega's hun tomografische model van de korst en de bovenmantelstructuur onder Tibet voltooiden. Het model is gebaseerd op metingen van duizenden seismische stations in China, Japan en andere landen in Oost-Azië. Seismometers registreren de aankomsttijd en amplitude van seismische golven, pulsen van energie die vrijkomen bij aardbevingen en die door de aarde reizen. De aankomsttijd van een seismische golf bij een bepaalde seismometer hangt af van het soort gesteente waar hij doorheen is gegaan. Achteruit werken vanaf instrumentuitlezingen om de factoren te berekenen die ze hebben geproduceerd, is iets wat wetenschappers een omgekeerd probleem noemen, en seismologische inverse problemen met volledige golfvormen die allerlei bruikbare seismische golven bevatten, zijn enkele van de meest complexe inverse problemen om op te lossen.

Chen en collega's gebruikten een techniek die volledige golfvorminversie wordt genoemd, "een iteratieve techniek voor het matchen van volledige golfvormen die een gecompliceerde numerieke code gebruikt die parallelle berekeningen op supercomputers vereist, " ze zei.

"De techniek stelt ons in staat om alle bewegingen op een groot aantal seismografen te gebruiken om een ​​realistischer 3D-model van het binnenste van de aarde op te bouwen, op ongeveer dezelfde manier waarop walvissen of vleermuizen echolocatie gebruiken, "zei ze. "De seismische stations zijn als de oren van het dier, maar de echo die ze horen is een seismische golf die ofwel is doorgelaten door of teruggekaatst is van ondergrondse kenmerken binnen de aarde."

Het tomografische model omvat kenmerken tot een diepte van ongeveer 500 mijl onder Tibet en het Himalaya-gebergte. Het model is berekend op het DAVinCI-computercluster van Rice en op supercomputers van de Universiteit van Texas die deel uitmaken van de Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) van de National Science Foundation.

"Het mechanisme dat leidde tot de opkomst van Zuid-Tibet wordt lithosferische verdikking en verzakking genoemd, Chen zei. "Dit gebeurde vanwege de convergentie van twee continentale platen, die elk drijvend zijn en niet gemakkelijk onder de andere plaat kunnen worden gedompeld. Een van de platen, in dit geval aan de Tibetaanse kant, was meer vervormbaar dan de andere, en het begon ongeveer 45 miljoen jaar geleden te vervormen toen de botsing begon. De korst en het stijve deksel van de bovenmantel - de lithosfeer - vervormd en verdikt, en het dichtere onderste deel van deze verdikte lithosfeer verging uiteindelijk, of brak af van de rest van de lithosfeer. Vandaag, in ons model, we kunnen een T-vormig deel van deze gestrande lithosfeer zien die zich uitstrekt van een diepte van ongeveer 250 kilometer tot minstens 660 kilometer."

Chen zei dat nadat de dichtere lithosferische wortel wegbrak, de resterende lithosfeer onder Zuid-Tibet ondervond een snelle opleving als reactie.

"Het T-vormige stuk gestrande lithosfeer zonk dieper in de mantel en veroorzaakte ook hete opwelling van de asthenosfeer, wat leidt tot oppervlaktemagmatisme in Zuid-Tibet, " ze zei.

Dergelijk magmatisme is gedocumenteerd in het gesteente van de regio, begon ongeveer 30 miljoen jaar geleden in een tijdperk dat bekend staat als het Oligoceen.

"De ruimtelijke correlatie tussen ons tomografische model en Oligoceen magmatisme suggereert dat de Zuid-Tibetaanse opheffing plaatsvond in een relatief korte geologische tijdspanne die zo kort zou kunnen zijn als 5 miljoen jaar, ' zei Chen.