Tektonik Plakalar Eskiden olduğundan Çok Daha Fazla Batıyordu

Antik Dünya’nın daha yüksek manto sıcaklıklarına sahip olduğunu ve bunun da gezegenin kabuğunun parçalarını aşağı çekmede çok daha etkili olduğunu ortaya koyuyor.

Levha tektoniği milyarlarca yıldır Dünya’nın yüzeyini şekillendirmiştir: Kıtalar ve okyanus kabuğu birbirini itip çekerek gezegenin cephesini sürekli olarak yeniden düzenlemektedir. İki büyük plaka çarpıştığında, biri dalma-batma adı verilen bir süreçte yol verebilir ve diğerinin altına kayabilir. Batan levha daha sonra, bal havuzundaki düz bir taş gibi, Dünya’nın viskoz mantosu boyunca aşağı doğru kayar.

Çoğunlukla, mantonun yapısı bal benzeri bir kıvamdan macun kıvamına dönüşmeden önce, günümüzün batan dilimleri ancak bu kadar derine, yüzeyin yaklaşık 670 kilometre altına kadar batabiliyor; çoğu dilimin daha fazla nüfuz edemeyeceği kadar yoğun. Bilim adamları, bu yoğunluk filtresinin Dünya tarihinin büyük bölümünde mantoda var olduğundan şüpheleniyorlardı.

Ancak şimdi jeologlar, bu yoğunluk sınırının 3 milyar yıl önceki antik Dünya’nın mantosunda çok daha az belirgin olduğunu buldu. Earth and Planetary Science Letters dergisinde yayınlanan bir makalede araştırmacılar, antik Dünya’nın bugün olduğundan 200 santigrat derece daha sıcak bir manto barındırdığını belirtiyor ; bu sıcaklıklar, tüm dünya boyunca daha tek biçimli, daha az yoğun malzeme oluşturmuş olabilir. manto tabakası.

Araştırmacılar ayrıca, günümüzün kayalık malzemesiyle karşılaştırıldığında antik kabuğun çok daha yoğun, demir ve magnezyum açısından zengin maddelerden oluştuğunu da buldu. Daha sıcak bir manto ve daha yoğun kayaların birleşimi muhtemelen dalan plakaların manto tabanına kadar, yüzeyin 2.800 kilometre altına kadar batmasına ve Dünya’nın çekirdeğinin üzerinde levhalardan oluşan bir “mezarlık” oluşturmasına neden oldu.

Sonuçları, bugün meydana gelenden çok farklı bir yitim tablosu çiziyor ve Dünya’nın antik mantosunun, gezegenin kabuğunun parçalarını aşağı çekmede çok daha verimli olduğunu öne sürüyor.

“Yaklaşık 3 milyar yıl önce, batık dilimlerin geçiş bölgesinde bile çevredeki mantodan daha yoğun kaldığını ve kaldırma kuvveti açısından dilimlerin orada sıkışıp kalmasının hiçbir nedeni olmadığını bulduk. Dünya, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nde (EAPS) yüksek lisans öğrencisi olan başyazar Benjamin Klein, “Bunun yerine, her zaman batmaları gerekir ki bu, günümüzde çok daha az görülen bir durumdur” diyor. “Bu, manto konveksiyonu ve levha tektoniği süreçlerinin nasıl meydana geleceği açısından Dünya tarihinde büyük bir değişiklik olduğunu gösteriyor gibi görünüyor.”

Klein’ın ortak yazarları EAPS’ta doçent olan Oliver Jagoutz ve Woods Hole Oşinografi Enstitüsü’nden Mark Behn’dir.

Sıcaklık farkı
Klein, “Levha tektoniğinin Dünya tarihinde gerçekten ne zaman başladığına dair açık bir soru var” diyor. “Muhtemelen en az 3 milyar yıl önce devam ettiğine dair genel bir fikir birliği var. Bu aynı zamanda çoğu modelin Dünya’nın en sıcak olduğunu öne sürdüğü dönemdir.”

Yaklaşık 3 milyar yıl önce manto muhtemelen bugüne göre yaklaşık 150-200 C daha sıcaktı. Klein, Jagoutz ve Behn, Dünya’nın iç kısmındaki daha yüksek sıcaklıkların, tektonik plakaların bir kez battıktan sonra manto boyunca nasıl taşındığı konusunda bir fark yaratıp yaratmadığını araştırdılar.

“Çalışmamız şu düşünce deneyiyle başladı: Eğer sıcaklıkların çok daha yüksek olduğunu biliyorsak, bu tektoniklerin görünümünü toptan değiştirmeden nasıl değiştirebilirdi?” Klein diyor. “Çünkü daha önceki tartışma şu ikili tartışmaydı: Ya levha tektoniği vardı ya da yoktu ve biz arada daha fazla yer olduğunu öne sürüyoruz.”

Bir “yoğunluk değişimi”
Ekip analizini gerçekleştirdi ve plaka tektoniğinin gerçekten de 3 milyar yıl önce Dünya yüzeyini şekillendirdiği varsayımını yaptı. O dönemde dalan levhaların yoğunluğunu çevreleyen mantonun yoğunluğuyla karşılaştırmaya çalıştılar; bu fark, levhaların ne kadar derine batacağını belirleyecekti.

Antik levhaların yoğunluğunu tahmin etmek için Klein, hem modern kayaların hem de komatiitlerin (yaklaşık 3 milyar yıl önce var olan ancak bugün artık üretilmeyen klasik kaya türleri) önceden analiz edilmiş 1.400’den fazla örneğinden oluşan geniş bir veri kümesini derledi. Bu kayalar günümüz okyanus kabuğuna kıyasla daha yüksek miktarda yoğun demir ve magnezyum içerir. Klein, hem günümüz hem de 3 milyar yıl önceki tipik bir dalma tabakasının yoğunluğunu hesaplamak için her kaya örneğinin bileşimini kullandı.

Daha sonra, çevredeki mantonun sıcaklığına göre, modern bir levha ile eski bir dalma levhasının ortalama sıcaklığını tahmin etti. Bir levhanın batma mesafesinin yalnızca yoğunluğuna değil aynı zamanda mantoya göre sıcaklığına da bağlı olduğunu düşündü: Bir nesne çevresine göre ne kadar soğuksa, o kadar hızlı ve daha uzağa batmalıdır.

Ekip, diğerlerinin tahminlerinden ve levhanın sıcaklığının bir modelinden aldıkları mantonun sıcaklığı göz önüne alındığında, her bir dalma levhasının yoğunluk profilini veya manto boyunca batarken yoğunluğunun nasıl değiştiğini belirlemek için bir termodinamik model kullandı. Bu hesaplamalardan, her bir levhanın çevredeki mantodan daha az yoğun olacağı derinliği belirlediler.

Bu noktada, bir “yoğunluk değişiminin” meydana gelmesi gerektiğini, böylece bir kütüğün bu sınırı geçememesi gerektiğini öne sürdüler.

Klein, “Döşemelerin hareketi ve dolayısıyla mantodaki konveksiyon üzerinde kritik bir filtre ve kontrol var gibi görünüyor” diyor.

Son bir dinlenme yeri
Ekip, bu sınırın modern mantoda nerede oluştuğuna (yüzeyin yaklaşık 670 kilometre altında) ilişkin tahminlerinin, bu geçiş bölgesinden bugün alınan gerçek ölçümlerle uyumlu olduğunu ve yöntemlerinin aynı zamanda antik Dünya’yı da doğru bir şekilde tahmin edebileceğini doğruladığını buldu.

Klein, “Bugün, dilimler mantoya girdiğinde, üst ve alt mantodaki ortam mantosundan daha yoğundurlar, ancak bu geçiş bölgesinde yoğunluklar tersine döner” diyor. “Yani bu küçük katmandaki levhalar mantodan daha az yoğun ve orada neredeyse yüzer ve durgun bir şekilde kalmaktan mutlular.”

Araştırmacılar, 3 milyar yıl önceki antik Dünya için, antik mantonun bugüne göre çok daha sıcak olması ve tabakaların çok daha yoğun olması nedeniyle yoğunluk değişiminin meydana gelmeyeceğini buldular. Bunun yerine, dalan levhalar doğrudan mantonun dibine batacak ve son dinlenme yerlerini Dünya’nın çekirdeğinin hemen üzerinde oluşturacaktı.

Jagoutz, sonuçların, 3 milyar yıl önce ile bugün arasında bir zamanda, Dünya’nın iç kısmı soğudukça, mantonun, tabakaların mantonun üst katmanlarından alt katmanlarına serbestçe aktığı tek katmanlı bir konveksiyon sisteminden iki-katmanlı bir konveksiyon sistemine geçtiğini gösterdiğini söylüyor. Döşemelerin alt mantoya nüfuz etmesinin daha zor olduğu katman konfigürasyonu.

Jagoutz, “Bu, bir gezegen soğumaya başladığında, bu sınırın, her zaman orada olmasına rağmen, çok daha derin bir yoğunluk filtresine dönüştüğünü gösteriyor” diyor. “Gelecekte ne olacağını bilmiyoruz ama teoride, Dünya’nın tek katmanlı konveksiyondan oluşan baskın bir rejimden ikiye geçmesi mümkün. Ve bu, tüm Dünya’nın evriminin bir parçası.”

Referans: Benjamin Z. Klein, Oliver Jagoutz ve Mark D. Behn, 27 Temmuz 2015, Earth and Planetary Science Letters tarafından yazılan “Arkean kabuk bileşimleri tam manto taşınımını teşvik eder” .
DOI: 10.1016/j.epsl.2017.07.003