Przełomowe badanie wstrząsa ustalonymi poglądami na temat formowania się gór

W przeciwieństwie do tradycyjnego przekonania o marszczeniu i zagęszczaniu skorupy ziemskiej, nowe badanie sugeruje, że na formowanie się gór, szczególnie w strefach subdukcji, takich jak południowe Włochy, może znacząco wpływać osiadanie płyty tektonicznej przez płaszcz Ziemi i zmieniony przepływ płaszcza, zapewniając dokładniejsze zrozumienie procesu budowania gór.

Nowe badania prowadzone przez Colorado State University wskazują na odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób i dlaczego góry są zakopane głębiej niż wcześniej sądzono.

„Budowanie gór jest fundamentalnym procesem zachowania się Ziemi, a to badanie sugeruje, że możemy nie rozumieć tego tak dobrze, jak myśleliśmy” – powiedział Sean Gallen, główny autor i adiunkt nauk o ziemi na California State University.

Galen i jego zespół stworzyli nowe zestawy danych i metodologie wykorzystania krajobrazów do rekonstrukcji obszernych historii budynków górskich w południowych Włoszech. Ich unikalne podejście przyniosło coś, co Gallen nazwał „niepokojącymi” wynikami.

W strefach subdukcji, takich jak ta w Kalabrii w południowych Włoszech, jedna płyta tektoniczna zapada się pod drugą. Uważa się, że góry w tych miejscach powstały w wyniku marszczenia i kondensacji skorupy ziemskiej.

Zespół zebrał pomiary, które rejestrowały geologiczne krótkie i długie skale czasowe, od tysięcy lat do dziesiątek milionów lat. Niczym „geologiczny rejestrator” historii tektonicznej, krajobraz wypełniał resztę.

Widok Kalabrii z widokiem na Morze Tyrreńskie z tarasem morskim na pierwszym planie (teren płaski). Źródło: Sean Gallen

„W południowych Włoszech krajobraz jest w rzeczywistości pomostem między różnymi stylami, których zwykle używamy” – powiedział Gallen.

Płaskie, wzniesione płaty krajobrazu wzdłuż „palca” Półwyspu Apenińskiego reprezentują czas, kiedy formowanie się gór było powolne, a ostre przesunięcie w dół wskazuje na szybkie przyspieszenie. Te wskazówki w krajobrazie pozwoliły naukowcom stworzyć długoterminowy, ciągły zapis wysokości skał, najdłuższy i najbardziej kompletny zapis tego rodzaju.

„Spodziewamy się korelacji między szybkością, z jaką jedna płyta opada pod drugą w czasie, a naszą historią podnoszenia się skał, ale tego nie widzimy” – powiedział Galen.

Marszczenie się skorupy i kondensacja wydają się być drugorzędne w stosunku do innego procesu formowania się gór Kalabrii. Dane wskazują na opadanie niższych płyt przez płaszcz Ziemi i zmianę pola przepływu płaszcza jako główny czynnik kontrolujący wypiętrzenie skał.

Absolwenci CSU pobierają próbki ze skały macierzystej termohistochemii w Kalabrii we Włoszech. Od lewej Nikki Seymour, druga autorka badania, Joanna Edman i Eyal Marder. Źródło: Sean Gallen

„Wyniki sugerują, że typowy sposób, w jaki patrzymy na budownictwo górskie, nie ma zastosowania do południowych Włoch” – powiedział Gallen. „Wydaje się, że jest kontrolowany przez rzeczy znajdujące się znacznie głębiej w systemie Ziemi. Takie zachowanie zaobserwowano w modelach, ale nigdy w przyrodzie. Wydaje nam się, że po raz pierwszy to zaobserwowaliśmy.”

Galen ostrzegł, że potrzeba więcej danych, aby potwierdzić, czy ich interpretacja jest poprawna, ale że jest ona poparta istniejącymi modelami numerycznymi. Naukowcy wcześniej powiązali wysokość gór z interakcjami płyt tektonicznych w plastycznie płynącym płaszczu Ziemi, ale te badania po raz pierwszy wskazują, że ten mechanizm jest dominującą siłą w budowaniu gór w strefach subdukcji.

„Zapisy, które przedstawiliśmy, wskazują, że sygnały z głębi Ziemi wydają się dominować nad tym, co dzieje się na powierzchni” – powiedział Galen. „Pracuję na Morzu Śródziemnym od 15 lat i to odkrycie głęboko zmieniło sposób, w jaki myślę o tych strefach subdukcji”.

Widok Kalabrii z widokiem na Morze Tyrreńskie z tarasem morskim na pierwszym planie (teren płaski). Źródło: Sean Gallen

Transformacyjne i przejrzyste badania

Nowe techniki opracowane na potrzeby tego badania stanowią przełom w konstruowaniu długoterminowych historii podnoszenia skał.

Zespół stworzył ujednolicone ramy w oparciu o zestaw standardowych pomiarów geomorfologicznych — termochronologię, kosmiczne nuklidy, profile rzek i skał oraz zapis poprzednich poziomów mórz znalezionych w tarasach morskich. Nowe podejście sięga dalej niż inne i wykorzystuje różne zestawy danych do modelowania ograniczeń w wyjątkowy sposób.

Metodę najlepiej zastosować do aktywnych systemów, w których niedawne krajobrazy dostarczają wskazówek co do ich historii. Im bardziej aktywny był system w czasie geologicznym, tym trudniej jest z pełnym przekonaniem zrekonstruować jego historię.

Program badań został opracowany i opublikowany w r DOI: 10.1038/s41561-023-01185-4