Wetenschap
Onderzoekers stellen een nieuwe stap voor in de tektonische druk die de zeebodem in bergen verandert
Wetenschappers gebruiken kleine mineralen, zirkonen genaamd, als geologische tijdwaarnemers. Deze kristallen zijn vaak niet groter dan een zandkorrel en leggen chemische kenmerken vast van de geologische omgeving waarin ze zijn ontstaan. In een nieuwe studie onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Texas in Austin gebruikten onderzoekers ze om te beschrijven wat een over het hoofd geziene stap zou kunnen zijn in een fundamenteel tektonische proces dat de zeebodem tot bergen verheft.
In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Geology beschrijven de onderzoekers zirkonen uit het Andesgebergte van Patagonië. Hoewel de zirkonen ontstonden toen tektonische platen botsten, hebben ze een chemische signatuur die verband houdt met het moment waarop de platen uit elkaar bewogen.
De onderzoekers denken dat de onverwachte signatuur verklaard kan worden door de mechanica van onderliggende tektonische platen die nog niet in andere modellen zijn beschreven. Deze ontbrekende stap omvat een soort geologisch sap maken in een magmakamer waar zirkonen worden gevormd voordat ze het oppervlak bereiken, waarbij de oceanische korst de kamer binnenkomt vóór de continentale korst.
"Als je een oceaanbekken onder dit magma plaatst, heb je een verandering in de samenstelling van dit magma terwijl het wordt opgenomen", zegt hoofdauteur van het onderzoek, Fernando Rey, een doctoraalstudent aan de UT Jackson School of Geosciences. "Dit is iets dat vóór dit onderzoek niet gedocumenteerd was."
Deze theorie van de vermenging van magma in de oceanen is belangrijk omdat het een overgangsstap zou kunnen betekenen in de vorming van back-arc-bassins – een belangrijke geologische structuur die landschappen en geologische gegevens vormgeeft en helpt bij het reguleren van het klimaat op de planeet.
Deze bassins vormen zich tussen oceanische en continentale tektonische platen, openen zich als de platen uit elkaar bewegen en sluiten zich als ze weer bij elkaar komen. Terwijl de opening van het bassin oceanische korst creëert, drukt de sluiting ervan de korst in bergen – waardoor een geologisch verslag van de geschiedenis van de aarde naar de oppervlakte komt waar mensen er gemakkelijker toegang toe hebben, zei co-auteur Matt Malkowski, een assistent-professor aan de Jackson School. Afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen. Bovendien is de verwering van de oceaankorst een belangrijke drijvende kracht achter de natuurlijke opslag van koolstofdioxide.
"Dit is de manier waarop de aarde koolstof vastlegt. Op zichzelf zeer effectief, maar het kan honderdduizenden, zo niet miljoenen jaren duren", aldus Malkowski.
Malkowski verzamelde de zirkonen die in het onderzoek werden onderzocht uit gesteente- en sedimentmonsters op een veldlocatie in Patagonië. De monsters hebben het volledige record van het achterste boogbassin, het Rocas Verdes Basin genoemd, vastgelegd, van opening tot sluiting.
Toen Rey de chemische kenmerken van de zirkonen begon te analyseren, leek niets op zijn plaats. De zirkonen die bij een openend bassin hoorden, hadden de verwachte signatuur. Toen hij echter begon met het onderzoeken van zirkonen die verband hielden met de sluiting van het bekken, onderging de signatuur niet de verwachte chemische verschuiving – bij wetenschappers bekend als een ‘pull down’ vanwege de manier waarop gegevens die de isotopenverhoudingen in kaart brengen, van gestaag stijgen naar dalen gaan. naar beneden.
Toen die pull-down-signatuur pas 200 miljoen jaar later verscheen en verscheen in zirkonen die 30 miljoen jaar geleden ontstonden toen het bekken zich al ver in de sluitingsfase bevond, stelden Rey en zijn medewerkers een scenario op dat de gegevens zou kunnen helpen verklaren.
In hun artikel stellen ze een model voor waarbij dezelfde tektonische krachten die de oceanische korst in bergen samendrukken, delen van die korst kunnen onderdrukken en naar de magmatische kamer kunnen duwen waar de zirkonen worden gevormd – waardoor de chemische kenmerken worden beïnvloed die in de kristallen zijn vastgelegd tijdens de vroege tot middenfase van sluiting. Terwijl de continenten zich blijven samenpersen, wordt de oceanische korst uiteindelijk vervangen door continentale korst, de bron van het pulldown-signaal.
De onderzoekers denken dat deze overgangsfase, waarin zirkonen uit de oceanische korst worden geperst, deel zou kunnen uitmaken van back-arc-bekkens over de hele wereld. Maar er is een goede reden waarom het nog niet eerder is waargenomen, zei Rey. De meeste back-arc-bekkens sluiten sneller dan Patagonië – binnen een paar miljoen jaar in plaats van tientallen miljoenen jaren – wat betekent dat er een korter tijdsbestek is waarin deze zirkonen zich kunnen vormen.
Nu wetenschappers dit zirkoonsignaal in Patagonië hebben ontdekt, kunnen ze gaan zoeken naar tekenen ervan in zirkonen uit andere plaatsen. Rey analyseert momenteel zirkonen uit de Japanse Zee – een modern back-arc-bekken dat zich in de beginfase van sluiting bevindt – om te zien of er tekenen zijn van oceanische korst die de kenmerken van zirkoon beïnvloeden.
Dit onderzoek draagt bij aan een record van ontdekkingen over back-arc-bekkens aan de UT Austin, zei Malkowski. Professor Ian Dalziel schreef een bekende Natuur artikel uit 1974 waarin voor het eerst werd erkend dat de Andes van Patagonië ontstond als gevolg van de sluiting van het achterboogbekken.
"Hier zijn we 50 jaar later en we leren nog steeds nieuwe dingen over deze rotsen", zei Malkowski.