We hebben een nieuwe manier ontdekt waarop bergen ontstaan: door 'mantelgolven' in de aarde

In 2005 navigeerde ik over de kronkelige wegen door… DrakensbergenIn Lesotho, Zuid-Afrika. Er zijn hoge klifachtige kenmerken bekend als hellingen Deze stormen hebben het landschap doorkruist en zijn een kilometer of meer gestegen. Ik was verbaasd door dit dramatische tafereel en er kwam een ​​vraag bij me op: hoe ontstonden deze stormen?

De buitenste schil van onze planeet is verdeeld in zeven of acht hoofdsecties, of tektonische platen, waarop de continenten rusten. We verwachten dat continenten zullen oprijzen aan de actieve grenzen van deze platen, waar vulkanen en aardbevingen vaak geconcentreerd zijn.

Maar waarom en hoe krijgen deze dramatische kenmerken vorm buiten deze grenzen? Onze nieuwe theorie, Gepubliceerd in natuur Na bijna twintig jaar forensisch denken en werken legt hij uit hoe opwellingen zoals die in de Drakensbergen kunnen optreden op delen van continenten die verondersteld worden stabiel te zijn.

De continenten die we nu kennen, waren ooit verenigd in één groot ‘supercontinent’. Voorbeelden hiervan zijn: GondwanaDeze supercontinenten bestaan ​​al honderden miljoenen jaren en begonnen uit elkaar te vallen tijdens het tijdperk van de dinosauriërs. Wij geloven dat het uiteenvallen van deze gigantische continenten leidt tot een soort subcontinentaal roerproces, dat we nu een 'mantelgolf' noemen. Deze beweging diep onder de grond verspreidt zich langzaam over het gedeeltelijk gesmolten onderste deel van de aardmassa, waardoor de diepe wortels ervan worden verstoord.

Abaya Het is de laag van de aarde die 2.900 kilometer dik is en die onder de buitenste korst ligt waarop wij leven. Om te bestuderen wat er gebeurt als continenten uit elkaar vallen, hebben we geavanceerde dynamische modellen gebouwd om de eigenschappen van de aardkorst en -mantel te simuleren, en hoe deze fysiek onder druk staan ​​als er krachten op worden uitgeoefend.

Wanneer de continenten zich scheiden, haasten hete rotsen in de aardmantel zich om het gat op te vullen. Deze hete rotsen wrijven tegen het koude continent, koelen af, worden dichter en zinken vervolgens, net als een lavalamp.

Maar wat niemand eerder had opgemerkt, is dat deze beweging niet alleen het gebied nabij de zogenaamde kloofzone (waar de aardkorst aan het uiteenvallen is) beïnvloedt, maar ook de wortels van nabijgelegen continenten. Dit leidt op zijn beurt tot een cascade van instabiliteiten, veroorzaakt door temperatuur- en dichtheidsverschillen, die zich landinwaarts onder het continent voortplanten. Dit proces voltrekt zich niet van de ene op de andere dag; het duurt tientallen miljoenen jaren voordat deze ‘golf’ zich diep in de continenten heeft verspreid.

Deze theorie kan diepgaande implicaties hebben voor andere aspecten van onze planeet. Als deze mantelgolven bijvoorbeeld 30 tot 40 kilometer gesteente van de wortels van continenten strippen, zoals we aannemen, zal dit een waterval van grote inslagen op het oppervlak veroorzaken. Het verlies van deze rotsachtige ‘ballast’ zorgt ervoor dat het continent meer drijft, waardoor het als een heteluchtballon opstijgt nadat het de zandzakken heeft afgeschud.

Deze opwelling, die direct boven de mantelgolf plaatsvindt, zou een verhoogde erosie door rivieren veroorzaken. Dit gebeurt omdat de opwaartse kracht eerder begraven gesteente optilt, de hellingen steiler maakt, waardoor ze minder stabiel worden en rivieren diepe valleien kunnen uithouwen. We hebben berekend dat de erosie een tot twee kilometer moet bedragen, of in sommige gevallen zelfs meer.

De binnenlanden van continenten behoren tot de meest solide en stabiele delen van de planeet, dus het verwijderen van een paar kilometer uit deze gebieden is geen eenvoudige opgave.

Maar aan de randen van deze stabiele continentale gebieden Ze worden kratons genoemdIn dit gebied vinden we kilometershoge kliffen, net als die in Lesotho. Reusachtige kliffen omringen deze gebieden en strekken zich over duizenden kilometers uit. Het getuigt van een fundamentele verstoring van het landschap die plaatsvond rond dezelfde tijd dat het Gondwana-supercontinent uiteenviel – ongeveer 180 miljoen jaar geleden.

Mysterieuze plateaus

Landinwaarts vanaf deze grote kliffen vinden we plateaus, zoals het Centrale Plateau in Zuid-Afrika, die meer dan een kilometer boven de zeespiegel uitstijgen. De oorsprong van deze plateaus was lange tijd mysterieus en was meestal niet verbonden met kliffen.

Sommige geleerden hebben eerder een fenomeen aangehaald dat bekend staat als Sjerp kolommen– Enorme stijgingen van heet materiaal dat van diep in de aarde drijft – als mogelijke verklaring voor de plateaus.

Dergelijke pluimen zouden de aardkorst waarschijnlijk omhoog duwen en dynamisch ondersteunen. Er is echter geen bewijs voor een dergelijk kenmerk van de binnenste continentale kolommen in geologische gegevens van de omliggende continenten of oceanen gedurende de relevante periode. Zou onze mantelgolf een nieuwe verklaring kunnen bieden?

Om onze verwachtingen te testen, wendden we ons tot… Thermische chronologie—Wetenschap die ons helpt begrijpen hoe gesteenten die zich nu aan of nabij het oppervlak bevinden, in de loop van de tijd zijn afgekoeld. Sommige mineralen, zoals apatiet, zijn gevoelig voor temperatuur en tijd. Net als een vluchtrecorder registreren deze mineralen de ‘afkoelingsgeschiedenis’ en bieden ze momentopnamen van hoe de temperatuur van een bepaald gesteente is veranderd.

Hier hebben we meerdere bestaande metingen gebruikt, verspreid over zuidelijk Afrika. Deze analyse bevestigde de voorspellingen van ons model: er vond in de regio meerdere kilometers erosie plaats op de tijdstippen die door onze modellen werden voorgesteld. Nog verrassender is dat erosie zich door zuidelijk Afrika voortbewoog in een patroon dat de mantelgolf in onze simulatie nauw nabootst.

Om dit verband verder te onderzoeken, hebben we een ander type simulatie toegepast, genaamd landschapsevolutiemodellering, dat bestudeert hoe water interageert met het landschap en hoe het landoppervlak effectief stuitert of “buigt” als reactie wanneer het landschap door rivieren wordt gevormd.

Toen we de mantelgolf in ons computermodel opnamen, bleek hoe deze in theorie een hoog plateau kon vormen. Onze resultaten illustreren hoe verticale bewegingen van continenten kunnen optreden ver van actieve tektonische plaatgrenzen, waar algemeen bekend is dat de meeste opwaartse beweging plaatsvindt.

De enorme erosie die optreedt tijdens deze mantelgolfgebeurtenissen kan leiden tot intense chemische verwering van rotsen, waardoor koolstofdioxide uit de atmosfeer wordt verwijderd en de mondiale afkoeling wordt bevorderd. Deze verhogingen kunnen planten en dieren ook fysiek scheiden, wat resulteert in… Specialisatie We hebben een lange weg afgelegd in het begrijpen van de processen die leiden tot de vorming van bergketens ver van de randen van continenten. Ik ben nog steeds verbaasd dat het allemaal begon met een geweldig uitzicht op het landschap van Lesotho.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder Creative Commons-licentie. Lezen Origineel artikel.