Jordens varme, sløyfe sentrum og det kalde, harde ytre skallet er begge ansvarlige for den snikende (og noen ganger katastrofale) bevegelsen av tektoniske plater. Men nå avslører ny forskning en spennende maktbalanse - den oser av mantelen skaper superkontinent mens skorpen river dem fra hverandre.
For å komme til denne konklusjonen om prosessen med platetektonikk, opprettet forskerne en ny datamaskinmodell av Jorden med jordskorpen og ansett som et sømløst system. Over tid ble omtrent 60% av den tektoniske bevegelsen ved overflaten av denne virtuelle planeten drevet av ganske grunne krefter - innenfor de første 62 milene (100 kilometer) av overflaten. Den dype, sårende konveksjonen av mantelen drev resten. Mantelen ble spesielt viktig da kontinentene ble presset sammen for å danne superkontinent, mens de grunne kreftene dominerte da superkontinentene brøt fra hverandre i modellen.
Denne "virtuelle jorden" er den første datamaskinmodellen som "ser" skorpen og mantelen som et sammenkoblet, dynamisk system, rapporterte forskerne 30. oktober i tidsskriftet Science Advances. Tidligere ville forskere lage modeller av varmedrevet konveksjon i mantelen som samsvarte med observasjoner av den virkelige mantelen ganske bra, men ikke etterligner skorpen. Og modeller av platetektonikken i jordskorpen kunne forutsi observasjoner fra den virkelige verden av hvordan disse platene beveger seg, men passet ikke bra med observasjoner av mantelen. Det var tydelig noe som manglet i måten at modeller satte sammen de to systemene.
"Konveksjonsmodeller var bra for mantelen, men ikke tallerkener, og platetektonikk var bra for tallerkener, men ikke mantelen," sa Nicolas Coltice, professor ved Ecole Normale Supérieure graduate school, en del av PSL University i Paris. "Og hele historien bak utviklingen av systemet er tilbakemeldingene mellom de to."
Skorpe pluss mantel
Hver grunnskolemodell av jordas interiør viser et tynt lag med skorpe som rir på toppen av det varme, deformerbare laget av mantelen. Denne forenklede modellen kan gi inntrykk av at jordskorpa ganske enkelt surfer på mantelen, blir flyttet på denne måten og som av de uforklarlige strømningene nedenfor.
Men det er ikke helt riktig. Jordforskere har lenge visst at jordskorpen og mantelen er en del av det samme systemet; de er uunngåelig knyttet. Denne forståelsen har reist spørsmålet om krefter ved overflaten - som for eksempel subduksjon av en bunn av skorpe under en annen - eller krefter dypt i mantelen først og fremst driver bevegelsen til platene som utgjør jordskorpen. Svaret, Coltice og kollegene fant, er at spørsmålet er dårlig stilt. Det er fordi de to lagene er så sammenvevd, at de begge gir et bidrag.
I løpet av de siste to tiårene, fortalte Coltice til Live Science, har forskere jobbet mot datamodeller som kan representere skorpekantel-interaksjonene realistisk. På begynnelsen av 2000-tallet utviklet noen forskere modeller av varmestyrt bevegelse (konveksjon) i mantelen som naturlig nok ga opphav til noe som så ut som platetektonikk på overflaten. Men disse modellene var arbeidsintensive og fikk ikke mye oppfølgingsarbeid, sa Coltice.
Coltice og kollegene jobbet i åtte år med sin nye versjon av modellene. Bare det å kjøre simuleringen alene tok 9 måneder.
Bygge en modell Jord
Coltice og teamet hans måtte først lage en virtuell jord, komplett med realistiske parametere: alt fra varmestrøm til størrelsen på tektoniske plater til hvor lang tid det tar for superkontinent å danne og komme fra hverandre.
Det er mange måter modellen ikke er en perfekt etterligning av Jorden, sa Coltice. For eksempel holder ikke programmet oversikt over tidligere bergdeformasjon, så bergarter som har deformert før, er ikke tilbøyelige til å deformeres lettere i fremtiden i sin modell, som det kan være tilfelle i det virkelige liv. Men modellen produserte fremdeles en realistisk virtuell planet, komplett med subduksjonssoner, kontinental drift og oseaniske rygger og skyttergraver.
Utover å vise at mantelkrefter dominerer når kontinentene samles, fant forskerne at varme kolonner med magma kalt mantelplymer ikke er hovedgrunnen til at kontinentene bryter fra hverandre. Subduksjonssoner, der en del av skorpen blir tvunget inn under en annen, er driverne for kontinental sammenbrudd, sa Coltice. Mantelplymer kommer i spill senere. Eksisterende stigende plumes kan nå overflatebergarter som er blitt svekket av kreftene som er opprettet i subduksjonssoner. De insinuerer seg deretter på disse svakere stedene, noe som gjør det mer sannsynlig for superkontinentet å rive på det stedet.
Det neste trinnet, sa Coltice, er å bygge bro mellom modellen og den virkelige verden med observasjoner. I fremtiden, sa han, kunne modellen brukes til å utforske alt fra store vulkanhendelser til hvordan plategrenser dannes til hvordan mantelen beveger seg rundt i forhold til jordas rotasjon.
