Convectie in de aardmantel is de "motor" die platentektoniek aandrijft. Heet materiaal stijgt naar het aardoppervlak vanaf de grens tussen de kern en de mantel van de planeet, op een diepte van ongeveer 3000 kilometer. Koud materiaal stroomt dan naar beneden als gevolg van oceanische tektonische platen die in de mantel zinken in subductiezones op het aardoppervlak.

Seismologen hebben lang geprobeerd deze convectiecyclus te begrijpen door subductieplaten in beeld te brengen terwijl ze afdalen naar de diepten van de aarde in oceanische loopgraven. Om dit te doen hebben ze een techniek gebruikt die seismische tomografie wordt genoemd, wat vergelijkbaar is met een medische echografie.

Een nieuwe studie in AGU's Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek :Vaste aarde, een nieuwe gebruikt, hogere resolutie, tomografische techniek genaamd golfvorminversie om de oceanische plaat onder Midden-Amerika in beeld te brengen, de Cocos-plaat. Hierdoor konden fijnere details worden opgelost dan eerder werk.

De nieuwe bevindingen dragen bij aan een beter begrip van de dynamiek van platen wanneer ze de bodem van de bovenste mantel bereiken op een diepte van ongeveer 670 kilometer onder het aardoppervlak en helpen wetenschappers de convectiecyclus die platentektoniek aandrijft beter te begrijpen.

De nieuwe studie gebruikte records van S-golf (seismische afschuifgolf) triplicaties van aardbevingen in Midden-Amerika opgenomen in de USArray, een groot aantal seismische ontvangers ingezet van 2004 tot 2015 in de aangrenzende VS. Golfvormtriplicaties treden op wanneer verschillende S-golven die zich langs enigszins verschillende paden bewegen, bijna tegelijkertijd bij een observatorium aankomen. De complexe golfvormen zijn moeilijk te interpreteren met traditionele reistijdtomografie, maar kan gemakkelijk worden geanalyseerd door golfvorminversie om alle beschikbare informatie over de structuur rond een diepte van 670 kilometer te extraheren.

Midden-Amerika is een geologisch interessante regio vanwege de grote variaties in de leeftijd van de Cocos-plaat bij de geul, van ongeveer 2 miljoen jaar oud naar het noorden, op ongeveer de breedtegraad van Mexico-Stad, tot ongeveer 30 miljoen jaar oud in het zuiden, op ongeveer de breedtegraad van Costa Rica, met een leeftijdssprong van ongeveer 10 miljoen jaar over een verleden breukzone genaamd de Tehuantepec Ridge onder Zuid-Mexico.

Oceanische platen aan het aardoppervlak koelen af ​​met toenemende leeftijd, wat betekent dat oudere platen zowel dichter zijn als een hogere viscositeit hebben wanneer ze de oceanische geul binnenkomen; ze kunnen dus gemakkelijker in de mantel zinken dan jongere platen. Het 3-D S-snelheidsmodel verkregen door deze studie laat zien dat variaties in de leeftijd van de plaat langs de greppel goed correleren met variaties in de vorm van de plaat op diepte, wat suggereert dat er lokale variaties zijn in dichtheid en viscositeit van de Cocos-mat op diepte als gevolg van variaties in leeftijd.

De studie identificeerde ook de aanwezigheid van een mogelijke opwelling van warm materiaal, een "pluim" genoemd, " opstijgend uit de onderste mantel onder het noordelijke deel van de Cocos-plaat, wat ook van invloed kan zijn op hoe de Cocos-plaat in de bovenmantel zakt.

Verder, de afgeleide afbeeldingen laten zien dat de Cocos-plaat mogelijk scheurt op een diepte van ongeveer 400 kilometer langs de Tehuantepec-rug. Dit kan worden verklaard door het verschil in dichtheid van de Cocos-plaat ten noorden en ten zuiden van de Tehuantepec-rug, en door het feit dat de Tehuantepec Ridge waarschijnlijk een zwakke zone in de plaat is, die het scheuren zou moeten vergemakkelijken. Vergelijking met geologisch bewijs aan het oppervlak geeft ook aan dat deze scheur ongeveer 10 miljoen jaar geleden plaatsvond, wat neerkomt op een gemiddelde zinksnelheid van platen in de bovenmantel van ongeveer 4 centimeter per jaar. Dit kan worden gebruikt om beperkingen op te leggen aan de viscositeit van de bovenmantel in dit gebied.

Eerdere studies hebben grote regionale variabiliteit aangetoond in de dynamiek van platen wanneer ze de bodem van de bovenmantel bereiken. In de nabije toekomst, het zou mogelijk moeten zijn om de methoden van deze studie op andere subductiezones toe te passen om de fysieke oorzaken achter de variabiliteit van subductie beter te begrijpen.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan AGU Blogs (http://blogs.agu.org), een gemeenschap van blogs over aarde en ruimtewetenschap, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.