Een team onder leiding van de Universiteit van Illinois heeft onverwachte geofysische signalen geïdentificeerd onder tektonisch stabiele binnenlanden van Zuid-Amerika en Afrika. De gegevens suggereren dat geologische activiteit in stabiele delen van de bovenste laag van de aarde mogelijk recenter heeft plaatsgevonden dan eerder werd aangenomen. De bevindingen, gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , enkele van de huidige toonaangevende theorieën over platentektoniek in twijfel trekken.

De oudste rotsen op aarde bevinden zich in continentale interieurs, ver van actieve tektonische grenzen waar rotsen terug naar het binnenste van de planeet recyclen. Deze sterke, drijvende en diepgewortelde blokken aarde, kratons genoemd, al miljarden jaren aan de oppervlakte drijven, schijnbaar ongestoord. Af en toe komen ze samen en breken ze af langs hun randen in een dans die de supercontinentcyclus wordt genoemd.

"We beschouwen kratons meestal als koud, stabiel en laaggelegen, " zei professor geologie en co-auteur van de studie Lijun Liu. "Koud omdat de rotsen ver boven de hete mantellagen liggen, stabiel omdat hun korsten niet significant zijn verstoord door breuken of vervorming, en hun geringe hoogte is omdat ze daar hebben gezeten, miljarden jaren afbrokkelen."

Echter, er zijn plaatsen waar cratons deze regels niet volgen.

"Bijvoorbeeld, er zijn regio's met een hoge topografie in de kratons van Zuid-Amerika en Afrika, ", zei afgestudeerde student en hoofdauteur Jiashun Hu.

De onderzoekers verwerkten geofysische gegevens met de Blue Waters-supercomputer van het National Center for Supercomputing Applications in Illinois in de hoop deze hooggelegen gebieden beter te begrijpen. Men denkt dat de dikke wortels van cratons drijvend zijn vanwege hun mineraalgehalte met een lage dichtheid, waardoor ze bovenop de hete onderliggende mantel kunnen drijven. Echter, de nieuwe gegevens geven aan dat de koude mantel die onder deze regio's in Zuid-Amerika en Afrika ligt - ooit samengevoegd als onderdeel van het supercontinent Pangea - een gelaagde structuur heeft en dat de onderste laag in het verleden dichter was dan nu, zei Liu.

Dit dichtheidsverschil kan het resultaat zijn van een proces dat manteldelaminatie wordt genoemd. Tijdens delaminatie, de dichtere onderste mantellaag pelt weg van de drijvende bovenlaag onder de korst van het kraton na interactie met heet magma van mantelpluimen, aldus de onderzoekers.

"Van verschillende soorten seismische beeldgegevens, we kunnen zien wat we denken dat gedelamineerde mantelplaten zijn die in de hete zinken, viskeuze diepe mantel, ' zei Liu.

"Het materiaal dat vervolgens na delaminatie teruggroeit aan de wortels van de cratons, door koeling van bovenaf, is waarschijnlijk qua samenstelling veel minder dicht dan wat er eerder was, " zei geologieprofessor Craig Lundstrom. "Dat voegt drijfvermogen toe, en die kracht van het drijfvermogen zou de abnormaal hoge topografie kunnen vormen."

Deze multidisciplinaire studie begint het team een ​​zeer logische - zij het gecompliceerde - update te geven over het verhaal van de tektonische geschiedenis van de aarde, aldus de onderzoekers.

"De hoge topografie van Afrika en Zuid-Amerika is slechts een deel van het verhaal, Hu zei. "Er zijn veel geologische fenomenen zoals de locatie van hotspottrajecten, continentaal vulkanisme, opheffing en erosie van het oppervlak, evenals seismisch afgebeelde vervorming binnen de kratonwortels die allemaal goed lijken te correleren met de voorgestelde delaminatiegebeurtenis, wat een potentieel causaal verband impliceert."

Er is ook bewijs om andere locaties van craton-pluiminteractie tijdens andere tijden in de geschiedenis van de aarde te ondersteunen.

"Het gesteente laat zien dat opheffing en erosie hebben plaatsgevonden tijdens eerdere cycli van het supercontinent, " zei professor geologie en School of Earth, Directeur Maatschappij en Milieu, Stephen Marshak. "Een verwante studie bespreekt wat een soortgelijke gebeurtenis zou kunnen zijn, namelijk continentale opheffing, mogelijk gerelateerd aan delaminatie van cratonische lithosfeer die de periode van wereldwijde erosie veroorzaakte, resulterend in de Grote Strijdigheid, dat is het contact tussen Precambrium keldergesteente en paleozoïsche sedimentaire lagen."

Voor nu, het is niet duidelijk of en hoe interactie tussen kraton en pluim de hedendaagse aardbevingsactiviteit en vulkanisme kan beïnvloeden in gebieden die als geologisch inactief worden beschouwd. Echter, de studie markeert nieuw denken over hoe geologen de zogenaamde stabiele cratons kunnen begrijpen.