Warmwaterbronnen onthullen continentale platen c

In het klassieke voorbeeld van het bouwen van bergen zijn de Indiase en Aziatische continentale platen verbrijzeld – en blijven ze vandaag botsen – om ‘s werelds grootste en hoogste geologische structuren te vormen: de Himalaya en het Tibetaanse plateau.

Ondanks het belang van deze formaties, die het wereldwijde klimaat beïnvloeden door atmosferische circulatie en seizoensgebonden moessonwinden, hebben experts tegenstrijdige theorieën voorgesteld over hoe ondergrondse tektonische platen de iconische reus hebben gecreëerd. Nu hebben wetenschappers met behulp van geochemische gegevens van 225 warmwaterbronnen de grens getrokken tussen de Indiase en Aziatische continentale platen, waarbij ze de processen benadrukken die diep in het oppervlak plaatsvinden. De resultaten, die implicaties hebben voor de samenstelling van mineralen, verschijnen in het huidige nummer van Proceedings van de National Academy of Sciences.

“Het belangrijkste debat onder geologen is of de continentale botsing al dan niet lijkt op een oceaanbotsing”, zei de senior auteur van het onderzoek. Simon KlimbererHoogleraar Geofysica aan de Stanford University Faculteit Aard-, Energie- en Milieuwetenschappen (Stanford Aarde). “Omdat er zo weinig metingen zijn, heeft seismologie ons het antwoord niet gegeven – daarom benader ik geochemie als een heel andere manier om dingen te meten.”

Klemperer bracht het grootste deel van een decennium door met reizen naar Tibet en India om monsters te verzamelen ter ondersteuning van zijn theorie dat chemicaliën die naar de oppervlakte drijven kunnen worden gebruikt om te begrijpen wat er 80 kilometer onder de grond gebeurt. Hij en zijn collega’s hebben geothermische bronnen honderden kilometers verderop gevolgd over bergen en plateaus – op loopafstand van Canada tot Mexico in het westen van de Verenigde Staten.

Met behulp van het edelgas helium, dat niet reageert met andere chemicaliën, identificeerden de auteurs van het onderzoek de bronnen die afkomstig waren van elke continentale plaat. Een isotoopsignatuur van helium werd onthuld toen gas uit de hete mantel – de Aziatische plaat – kwam, terwijl een andere signatuur wees naar de koelere Indiase plaat. Uit het onderzoek blijkt dat de koude plaat alleen in het zuiden wordt ontdekt, onder de Himalaya, terwijl India in het noorden Tibet erboven niet meer raakt – maar van Tibet wordt gescheiden door een wig van hete mantel. De resultaten geven aan dat de oude theorie dat de Indiase plaat onder Tibet plat is niet langer geldig is.

“Het is verbazingwekkend dat we nu deze goed gedefinieerde grens hebben op slechts een paar kilometer van het oppervlak boven een plaatgrens die 100 kilometer diep is”, zei Klimberer.

Subductie versus botsing

Bij oceanische subductie wordt ondergronds materiaal gerecycled in de aardmantel terwijl de zwaardere en koudere plaat onder een continentale plaat zakt en zinkt. Het proces vindt plaats in gebieden zoals de Ring of Fire, die bekend staat om frequente aardbevingen en actieve vulkanen.

Bij de continentale botsing veronderstelden onderzoekers dat subductie van de oceaankorst de twee continenten dicht bij elkaar trok totdat ze botsten, waardoor de subductiezone werd afgesloten voor het ontstaan ​​van bergen. Dit bewijs van de continentale grens onder Tibet biedt de mogelijkheid dat de continentale korst vloeistoffen kan afgeven en smelten – net zoals bij oceanische subductie.

“Dit suggereert dat we continentale botsing en oceanische subductie niet als twee verschillende dingen moeten zien – we moeten ze als hetzelfde beschouwen met enigszins verschillende smaken omdat ze geometrisch hetzelfde zijn,” zei Klimberer.

zee tektonische verandering

In de jaren zestig zorgde platentektoniek voor een revolutie in de aardwetenschappen door uit te leggen hoe geologische platen uit elkaar drijven en elkaar overlappen, waardoor bergen, vulkaanuitbarstingen en aardbevingen ontstonden. Maar onderzoekers begrijpen weinig waarom de platen bewegen zoals ze doen.

Klemperer zei dat de nieuwe bevindingen een belangrijk element toevoegen aan het begrip, met mogelijke implicaties voor wat de convectie regelt die platentektoniek aandrijft. Hoewel het een continentale botsing is, helpt de Indiase plaat die in de mantel zakt het convectiepatroon te beheersen – het verandert de manier waarop we begrijpen hoe elementen en gesteenten op aarde worden verdeeld en herverdeeld, zei hij.

De studie bouwt voort op eerder onderzoek van Klimberer en collega’s Himalaya botsingszone foto Met behulp van seismische gegevens ontdekten ze dat wanneer de Indiase tektonische plaat vanuit het zuiden beweegt, het dikkere en sterkere deel van de plaat onder het Tibetaanse plateau zakt en scheuren in de Indiase plaat veroorzaakt. Die tranen bevonden zich op dezelfde plaats als het helium in de warmwaterbronnen stroomt.

“We zien dezelfde processen door deze verschillende lenzen, en we moeten uitzoeken hoe we ze kunnen combineren”, voegde Klemperer eraan toe.

metaaleffecten

Sinds de Spanjaarden Zuid-Amerika binnenvielen op zoek naar goud, hebben beschavingen kennis genomen van de rijke minerale afzettingen in plaatsen zoals de Andes, die deel uitmaken van de Ring van Vuur. Onlangs is Zuid-Tibet ook erkend als een mineraalrijke provincie, met afzettingen van goud, koper, lood, zink en andere afzettingen, wat moeilijk te verklaren is met alleen oude modellen van de continentale botsing.

“De grootste koperafzettingen bevinden zich in graniet dat wordt geproduceerd door het smelten van een hete mantelwig – dat zou niet moeten gebeuren bij een continentale botsing als het lijkt op het oude model, maar we weten dat het is gebeurd omdat we al deze mineralen in Tibet hebben ‘, aldus Klemperer. “Ons werk vertelt ons over de grootschalige tektoniek van continentale botsingen en suggereert dat we hetzelfde type minerale afzettingen zouden kunnen verwachten in continentale botsingsomgevingen als oceanische subductieomgevingen.”

Als de enige actieve continentale botsing op onze planeet, bieden de Himalaya en Tibet ook een glimp van hoe andere bergketens in het verleden zijn gevormd en zich in de toekomst zouden kunnen vormen.

“Australië begint net te botsen met het Indonesische massief – een continentale botsing is begonnen”, zei Klimberer. “Tibet is het soort voorbeeld dat moet worden opgelost en hopelijk een analoog model elders voor hoe dat op aarde zou kunnen gebeuren.”

Klemperer is ook hoogleraar geowetenschappen, met dank aan. Tianzhi Liu, die als promovendus aan de Stanford University aan het project werkte, is de co-auteur van de studie. Extra co-auteurs zijn van Chinese Wetenschapsacademie, Ohio State University, Universiteit van New Mexico en Scripps Institution of Oceanography.

Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van de National Science Foundation, het Second Tibetan Plateau Exploration and Scientific Research Program, het Strategic Priority Research Program van de Chinese Academy of Sciences, National Geographic en Stanford International Office.