Mi hajtja valójában a tektonikus lemezeket?

Ausztrál és amerikai kutatók új elméletet dolgoztak ki a tektonikus lemezek mozgásának magyarázatára. Az új teória kiterjeszti a lemeztektonika elméletét (a lemezmozgás kinematikai leírása az azt hajtó erők nélkül) egy olyan dinamikus tétellel, amely fizikai magyarázatot ad a lemezek mozgására és a lemezhatárok elmozdulására. Az új eredmények jelentős hatással lehetnek a Föld — különösen Észak-Amerika nyugati részének — utóbbi 50 millió éves lemeztektonikai fejlődésének megértésére.

Wouter Schellart, a Monash Egyetem (Melbourne) munkatársa által vezetett kutatás eredményeit a július 16-i Science folyóiratban tették közzé.

Ezek a megfigyelések új magyarázatot adnak arra, hogy miért mozognak a tektonikus lemezek a megfigyelt sebességgel, amelynek okait korábban nem értették.

A Föld felszínén a tektonikus lemezek egymáshoz képest pár cm/év sebességgel mozognak. - mondta Schellart. - A lemezek mélytengeri árkoknál ütköznek össze, ahol az egyik lemez a másik alá bukik, az ún. szubdukciós zónában. A lemezek és a lemezszegélyek sebessége is jelentősen váltakozik a Földön.

Schellart és csapata — Stegman (Scripps Institution of Oceanography, San Diego) és Rebecca Farrington, Justin Freeman és Louis Moresi (Monash Egyetem, Melbourne) — megfigyelési adatokat és fejlett számítógépes modelleket felhasználva kifejlesztett egy matematikai modellt, amely szerint a lemezek és lemezhatárok sebessége a szubdukciós zónák nagyságától és a szubdukciós szegély jelenlététől függ. 

„A szubdukálodott lemezek süllyedését a köpenyben alapvetően ugyanaz a folyadékmechanika írja le, mely egy mézben elmerülő pénzérmére is vonatkozik.” – mondta Stegman, aki kifejlesztette azokat a számítógépes modelleket, amelyek segítettek a csapatnak rekonstruálni több 10 millió év tektonikus mozgásait. „A számítógépes modellek bizonyítják, hogy egy lemez szubdukálódott része húzóerőt fejt ki a felszínen maradt részre. Ez a húzóerő a lemez mozgását vagy a lemezhatár elmozdulását eredményezi a szubdukciós zóna méretétől függően.”

„Bizonyos tekintetben a lemeztektonika a Föld belsejében lejátszódó folyamatok felszíni kifejeződése, de mára megértettük azt, hogy a lemezek maguk nagyobb mértékben irányítják a folyamatot, mint a köpeny. Ez azt jelenti, hogy a Föld jobban egy fentről-le rendszer, mint az eddigi nézet szerinti lentről felfelé hajtott lemeztektonika.”

A felfedezés magyarázatot ad arra, hogy miért mozog négyszer gyorsabban az Ausztrál, a Nazca és a Csendes-óceáni lemez, mint a kisebb afrikai, eurázsiai illetve a Juan de Fuca lemez. „Szintén megmagyarázza az ősi Farallon lemez mozgását, ami az Észak- és Dél-Amerikai lemez alá szubdukálódott a köpenybe. A fenti lemez keleti mozgása az 50 millió évvel ezelőtti 10 cm/évről mára 2 cm/évre csökkent” – mondta Schellart. A lemezsebesség csökkenése a szubdukciós zóna méretének csökkenéséből adódott, ami 14 000-ről 1 400 km-re csökkent. Mára már csak kisebb maradványai maradtak fenn. Ilyen például a Juan de Fuca, a Nazca, illetve a Cocos lemez is.

„Ennek drámai hatásai voltak a topográfiára és az észak-amerikai kontinens szerkezetére.” – tette hozzá Schellart. „50 millió évvel ezelőttig Észak-Amerika nyugati partján egy hatalmas hegylánc terült el. A mai dél-amerikai Andokhoz volt hasonló, és egészen Kanadától Dél-Mexikóig húzódott.
Ahogy a szubdukciós zóna egyre kisebb lett, Észak-Amerika nyugati partjainál a kompressziós stressz csökkent, ami a hegylánc megsemmisüléséhez és a Basin and Range Province — egy 2 millió négyzetkilométer területű, hosszanti medencékkel és hátakkal jellemzett terület — kialakulásához vezetett.

Forrás:
ScienceDaily
ScienceCaffe