Στρώμα λιωμένου βράχου κρύβεται κάτω από τις τεκτονικές πλάκες της Γης;

Ένα διάγραμμα της ασθενόσφαιρας, το οποίο βοηθά στην τεκτονική των πλακών, όπου ερευνητές στη Σχολή Γεωεπιστημών του UT Austin Jackson λένε ότι ανίχνευσαν ένα παγκόσμιο στρώμα μερικής τήξης (που φαίνεται με στικτό κόκκινο). Φωτογραφία: Junlin Hua, UT Jackson School of Geosciences.

Οι επιστήμονες ανιχνεύουν στρώμα λιωμένου βράχου που κρύβεται κάτω από τις τεκτονικές πλάκες της Γης.

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα νέο στρώμα μερικώς λιωμένου βράχου κάτω από τον φλοιό της Γης που θα μπορούσε να βοηθήσει να διευθετηθεί μια μακροχρόνια συζήτηση σχετικά με το πώς κινούνται οι τεκτονικές πλάκες. 

Οι ερευνητές είχαν εντοπίσει προηγουμένως κηλίδες τήγματος σε παρόμοιο βάθος. Αλλά μια νέα μελέτη με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν αποκάλυψε για πρώτη φορά την παγκόσμια έκταση του στρώματος και το ρόλο του στην τεκτονική των πλακών.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στις 6 Φεβρουαρίου 2023 στο περιοδικό Nature Geoscience.

Το λιωμένο στρώμα βρίσκεται περίπου 100 μίλια από την επιφάνεια και είναι μέρος της ασθενόσφαιρας, η οποία βρίσκεται κάτω από τις τεκτονικές πλάκες της Γης στον ανώτερο μανδύα. Η ασθενόσφαιρα είναι σημαντική για την τεκτονική των πλακών επειδή σχηματίζει ένα σχετικά μαλακό όριο που επιτρέπει στις τεκτονικές πλάκες να κινούνται μέσω του μανδύα.

Οι λόγοι για τους οποίους είναι μαλακό, ωστόσο, δεν είναι καλά κατανοητοί. Οι επιστήμονες πίστευαν προηγουμένως ότι τα λιωμένα πετρώματα μπορεί να είναι ένας παράγοντας. Αλλά αυτή η μελέτη δείχνει ότι το τήγμα, στην πραγματικότητα, δεν φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά τη ροή των πετρωμάτων του μανδύα.

«Όταν σκεφτόμαστε κάτι να λιώνει, σκεφτόμαστε διαισθητικά ότι το τήγμα πρέπει να παίζει μεγάλο ρόλο στο ιξώδες του υλικού», δήλωσε ο Junlin Hua, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Jackson School of Geosciences του UT που ηγήθηκε της έρευνας. «Αλλά αυτό που βρήκαμε είναι ότι ακόμα και όπου το κλάσμα τήγματος είναι αρκετά υψηλό, η επίδρασή του στη ροή του μανδύα είναι πολύ μικρή».

Σύμφωνα με την έρευνα, την οποία ο Hua ξεκίνησε ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Μπράουν, η μεταφορά θερμότητας και πέτρας στον μανδύα είναι η κυρίαρχη επιρροή στην κίνηση των πλακών. Αν και το εσωτερικό της Γης είναι σε μεγάλο βαθμό συμπαγές, για μεγάλες χρονικές περιόδους, οι βράχοι μπορούν να μετακινηθούν και να ρέουν σαν μέλι.

Το να δείξουμε ότι το στρώμα τήγματος δεν έχει καμία επίδραση στην τεκτονική των πλακών σημαίνει μια λιγότερο δύσκολη μεταβλητή για τα μοντέλα υπολογιστών της Γης, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Thorsten Becker, καθηγητής στο Jackson School.

«Δεν μπορούμε να αποκλείσουμε ότι το τοπικό λιώσιμο δεν έχει σημασία», είπε ο Becker, ο οποίος σχεδιάζει γεωδυναμικά μοντέλα της Γης στο Ινστιτούτο Γεωφυσικής του Πανεπιστημίου του Τέξας της Σχολής Τζάκσον. «Αλλά νομίζω ότι μας οδηγεί να βλέπουμε αυτές τις παρατηρήσεις του τήγματος ως δείκτη του τι συμβαίνει στη Γη, και όχι απαραίτητα μια ενεργή συμβολή σε οτιδήποτε».

Η ιδέα να αναζητηθεί ένα νέο στρώμα στο εσωτερικό της Γης ήρθε στον Hua ενώ μελετούσε σεισμικές εικόνες του μανδύα κάτω από την Τουρκία κατά τη διάρκεια της διδακτορικής του έρευνας.

Ενδιαφερόμενος από σημάδια μερικώς λιωμένου βράχου κάτω από τον φλοιό, ο Χούα συγκέντρωσε παρόμοιες εικόνες από άλλους σεισμικούς σταθμούς μέχρι που είχε έναν παγκόσμιο χάρτη της ασθενόσφαιρας. Αυτό που ο ίδιος και άλλοι είχαν θεωρήσει ως ανωμαλία ήταν στην πραγματικότητα κοινός τόπος σε όλο τον κόσμο, καθώς εμφανιζόταν σε σεισμικές μετρήσεις όπου η ασθενόσφαιρα ήταν πιο καυτή.

Η επόμενη έκπληξη ήρθε όταν συνέκρινε τον χάρτη τήξης του με τις σεισμικές μετρήσεις της τεκτονικής κίνησης και δεν βρήκε καμία συσχέτιση, παρά το λιωμένο στρώμα που περιείχε σχεδόν τη μισή Γη.

«Αυτή η εργασία είναι σημαντική γιατί η κατανόηση των ιδιοτήτων της ασθενόσφαιρας και της προέλευσης της γιατί είναι θεμελιώδης για την κατανόηση της τεκτονικής πλακών», δήλωσε η συν-συγγραφέας Κάρεν Φίσερ, σεισμολόγος και καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Μπράουν που ήταν διδάκτωρ της Hua. σύμβουλος όταν ξεκίνησε την έρευνα.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ. Τα συνεργαζόμενα ιδρύματα περιλάμβαναν το Ινστιτούτο Υπολογιστικής Μηχανικής και Επιστημών UT Oden και το Πανεπιστήμιο Cornell.

Γεωδίφης με πληροφορίες από το University of Texas at Austin.

Junlin Hua, Karen M. Fischer, Thorsten W. Becker, Esteban Gazel, Greg Hirth. Asthenospheric low-velocity zone consistent with globally prevalent partial melting. Nature Geoscience, 2023; DOI: 10.1038/s41561-022-01116-9