Hoewel we het niet in actie kunnen zien, de aarde produceert voortdurend nieuw land. Dit gebeurt in subductiezones, waar tektonische platen tegen elkaar verpletteren en daarbij ketens van vulkanen omploegen waar magma doorheen kan stijgen. Een deel van dit magma spuwt niet uit, maar in plaats daarvan vermengt en verandert het net onder het oppervlak. Het kristalliseert dan als nieuwe continentale korst, in de vorm van een bergketen.

Wetenschappers hebben gedacht dat de bergketens van de aarde gedurende vele miljoenen jaren door dit proces zijn gevormd. Maar MIT-geologen hebben nu ontdekt dat de planeet veel sneller nieuw land kan genereren dan eerder werd gedacht.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Geologie , het team laat zien dat delen van de Sierra Nevada-bergketen in Californië verrassend snel zijn gestegen, over een periode van slechts 1,39 miljoen jaar - meer dan twee keer zo snel als verwacht voor de regio. De onderzoekers schrijven de snelle vorming van land toe aan een enorme opflakkering van magma.

"Het echt opwindende aan onze bevindingen is, met nieuwe zeer nauwkeurige geochronologie, we waren in staat om te dateren hoe snel dat proces van korstvorming plaatsvond, en we toonden aan dat dit grote volume nieuwe korst in een extreem snel tempo werd geplaatst, " zegt de hoofdauteur van de studie, Benjamin Klein Ph.D. '19, die het onderzoek uitvoerde als een afgestudeerde student in MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Het was een soort moment. Het was iets meer dan 1 miljoen jaar, maar in geologische tijden, het ging supersnel."

De co-auteurs van Klein zijn universitair hoofddocent Oliver Jagoutz en onderzoekswetenschapper Jahandar Ramezani, beide in EAPS.

Een volledige dwarsdoorsnede

Het Sierra Nevada-gebergte is een product van de botsing van twee tektonische platen:de naar het westen bewegende Noord-Amerikaanse plaat en wat destijds de Farallon-plaat was, die langzaam onder de Noord-Amerikaanse plaat landt, uiteindelijk volledig in de aardmantel glijden.

Ongeveer 100 miljoen jaar geleden, toen beide platen botsten, ze creëerden eerst een keten van vulkanen, dan een torenhoge bergketen die vandaag de Sierra Nevada is.

"Wat vandaag de dag de westkust van de Verenigde Staten is, zag er waarschijnlijk uit, vroeger, zoals de Andes vandaag, met grote hoogten en een keten van grote vulkanen, ' zegt Klein.

Voor hun studie de onderzoekers concentreerden zich op een geologisch kenmerk in de Sierra Nevada dat bekend staat als een opdringerige suite - een groot volume gesteente dat zich oorspronkelijk diep in het binnenste van de aarde vormde. Eenmaal gekristalliseerd, de rotsen vormen een nieuwe, verticale kolom van continentale korst.

Ze richtten zich met name op de Bear Valley Intrusive Suite, een unieke formatie in die zin dat het de overblijfselen vertegenwoordigt van een nieuwe continentale korst die vandaag aan het oppervlak wordt blootgelegd, als een granieten stuk van 40 mijl. Deze rotsen, die tegenwoordig horizontaal langs de bergketen liggen, oorspronkelijk gevormd als een verticale kolom. Overuren, deze toren van nieuwe continentale korst is geërodeerd, uitrekken en kantelen in zijn huidige horizontale configuratie.

"De Bear Valley Intrusive Suite geeft ons een volledige dwarsdoorsnede van hoe deze magma-sanitairsystemen onder grote vulkanen eruit zagen, waar we normaal gesproken een beperkte momentopname zouden hebben, Klein zegt. "Dat stelt ons in staat om veel vollediger na te denken over hoe snel nieuwe korst werd gebouwd."

Een snelheidslimiet voor nieuwe korst

Het team verzamelde rotsmonsters in een regio van de Sierra Nevada Batholith en bracht ze terug naar MIT om hun samenstelling te analyseren. Ze konden de leeftijd van negen monsters bepalen, met behulp van uranium-lood geochronologie, een zeer nauwkeurige dateringstechniek ontwikkeld door wijlen MIT Professor Emeritus Sam Bowring. Van elk monster de onderzoekers isoleerden individuele korrels zirkoon, een veel voorkomend mineraal in gesteente dat uranium en wat lood bevat, de verhouding die wetenschappers kunnen meten om een ​​schatting te krijgen van de leeftijd van het gesteente.

Uit hun analyses Klein en zijn collega's ontdekten dat de leeftijd van alle negen monsters een verrassend kort bereik besloeg, van slechts 1,39 miljoen jaar. Het team berekende een schatting van de hoeveelheid magma die moet zijn gekristalliseerd om de nieuwe korst te vormen die de monsters vertegenwoordigen. Ze ontdekten dat ongeveer 250 kubieke kilometer magma waarschijnlijk uit het binnenste van de aarde opstegen en in slechts 1,39 miljoen jaar in een nieuwe korst veranderde.

"Dat is ongeveer tweeënhalf keer sneller dan eerdere schattingen voor korstvorming in de Sierras, wat een vrij groot verschil is, ', zegt Klein. 'Het geeft ons een maximumsnelheid voor hoe snel deze dingen kunnen gebeuren.'

Klein zegt dat gezien de snelheid van deze nieuwe korstvorming, de waarschijnlijke oorzaak was een magma-opflakkering, of plotselinge uitbarsting van magmatische activiteit.

"De hele batholiet is in bijna 200 miljoen jaar gebouwd, maar we weten over die periode, er waren perioden waarin het zeer actief was en perioden die rustiger waren, met minder nieuw materiaal toegevoegd, Klein zegt. "Wat we op dit gebied konden laten zien, was dat, in ieder geval lokaal, de snelheid waarmee magma werd binnengebracht is veel sneller dan de gemiddelde tarieven die zijn gedocumenteerd in de Sierras."

Geologen hebben gedacht dat magma-opflakkeringen optreden als gevolg van ongewone activiteit in de aarde, zoals tektonische platen die plotseling sneller botsen. Volgens alles wat onderzoekers hebben gedocumenteerd over de Bear Valley Intrusive Suite, echter, geen dergelijke activiteit bleek op het moment dat de bergketen gevormd.

"Er is geen duidelijke trigger, " zegt Klein. "Het systeem gaat redelijk mee, en dan zien we deze grote uitbarsting van magma. Dus dit daagt enkele basisbegrippen in het veld uit, en zou moeten informeren hoe mensen denken over hoe snel deze dingen vandaag zouden kunnen gebeuren, in plaatsen zoals de Andes of de vulkanen in Japan."