چگونه می توان نیمی از جرم دو قاره را ناپدید کرد؟ برای پاسخ به این سوال، ابتدا باید کشف کنید که این سوال وجود ندارد.
این کاری است که سه نفر از دانشمندان علوم زمین دانشگاه شیکاگو و همکارانشان انجام دادند، و توضیح آنها در مورد اینکه جرم کجا رفته است، به طور قابل توجهی ایده های غالب در مورد آنچه می تواند در هنگام برخورد قاره ها اتفاق بیفتد را تغییر می دهد. همچنین پیامدهای مهمی برای درک ما از زمان رشد قاره‌ها به اندازه کنونی و چگونگی تکامل شیمی درون زمین دارد.
این مطالعه، به صورت آنلاین در سپتامبر منتشر شد.19 در Nature Geoscience، برخورد اوراسیا و هند را بررسی می کند، که حدود 60 میلیون سال پیش آغاز شد، هیمالیا را ایجاد کرد و هنوز در حال پیشرفت (آهسته) است. دانشمندان با دقت بی‌سابقه‌ای مقدار خشکی یا «پوسته قاره‌ای» را قبل و بعد از برخورد محاسبه کردند.
میکولا اینگالز، دانشجوی کارشناسی ارشد علوم ژئوفیزیک که این پروژه را به عنوان بخشی از کار دکتری خود رهبری می کرد، گفت: «آنچه که ما دریافتیم این است که نیمی از جرمی که 60 میلیون سال پیش در آنجا وجود داشت، امروز از سطح زمین گم شده است..
نتیجه به طور غیرمنتظره ای بزرگ بود. پس از در نظر گرفتن همه راه‌های دیگر برای محاسبه جرم، محققان به این نتیجه رسیدند که این اختلاف جرم بزرگ تنها در صورتی قابل توضیح است که تکه گمشده به گوشته زمین برگردد - چیزی که دانشمندان زمین‌شناس در چنین مقیاسی کم و بیش غیرممکن می‌دانستند.
هنگامی که صفحات تکتونیکی به هم می رسند، چیزی باید به شما بدهد. طبق نظریه تکتونیکی صفحه، سطح زمین شامل موزاییکی از حدود دوازده صفحه صلب در حرکت نسبی است.این صفحات در بالای گوشته بالایی حرکت می‌کنند و صفحاتی که در بالای آن پوسته قاره‌ای ضخیم‌تر و شناورتر قرار دارند، بالاتر از صفحاتی هستند که در بالای آن پوسته اقیانوسی نازک‌تر قرار دارند. پوسته اقیانوسی می تواند فرو رفته و به داخل گوشته بلغزد، جایی که در نهایت با مواد گوشته مخلوط می شود. اما پوسته قاره‌ای مانند آنچه در برخورد اوراسیا و هند دخیل است، چگالی کمتری دارد و زمین‌شناسان مدت‌ها بر این باور بوده‌اند که وقتی با گوشته برخورد می‌کند، مانند یک توپ ساحلی در آب به سمت بالا رانده می‌شود و هرگز دوباره با هم مخلوط نمی‌شود.
زمین شناسی 101 اشتباه
"در زمین شناسی 101 به ما آموزش داده شده است که پوسته قاره ای شناور است و نمی تواند به داخل گوشته فرود آید." نتایج جدید این ایده را از پنجره بیرون می اندازد.
دیوید رولی، استاد علوم ژئوفیزیک که یکی از اینگال ها است، گفت: "ما واقعاً مقادیر قابل توجهی از پوسته داریم که از مخزن پوسته ناپدید شده اند، و تنها جایی که می تواند برود داخل گوشته است." مشاور و یک همکار در پروژه"قبلاً تصور می شد که گوشته و پوسته فقط به روشی نسبتاً جزئی برهم کنش دارند. این کار نشان می دهد که، حداقل در شرایط خاص، این درست نیست."
نتیجه گیری دانشمندان از محاسبات دقیق مقدار جرم در آنجا قبل و بعد از برخورد، و حسابداری دقیق همه راه های ممکن برای توزیع آن ناشی شد. اینگالز گفت که محاسبه مقدار پوسته "قبل" یک مشکل بحث برانگیز است که شامل قدمت دقیق سن لایه ها و بازسازی موقعیت های صفحه گذشته است. کارگران قبلی محاسبات مشابهی انجام داده‌اند، اما اغلب سعی کرده‌اند اعداد «قبل» و «بعد» را مجبور به تعادل کنند، «سعی می‌کنند تا سیستم را با آنچه که ما فکر می‌کنیم در مورد نحوه عملکرد زمین‌ساختی می‌دانیم مطابقت دهد.»
اینگال ها و همکاران چنین فرضی نداشتند. آنها از تخمین‌های اخیراً اصلاح‌شده در مورد حرکات صفحه استفاده کردند تا بفهمند این دو صفحه در شروع برخورد چقدر بزرگ بودند و بیش از 20 سال داده‌های مربوط به زمین‌شناسی مناطق مختلف زمین را برای محاسبه ضخامت پوسته ترکیب کردند..
"با مشاهده همه مجموعه داده های مربوطه، ما توانستیم بگوییم که جرم پوسته در ابتدای برخورد چقدر بوده است."
گزینه های محدود
فقط چند مکان برای رفتن پوسته جابجا شده پس از برخورد وجود داشت: برخی به سمت بالا رانده شدند و هیمالیا را تشکیل دادند، برخی دیگر فرسایش یافتند و به صورت رسوبات عظیم در اقیانوس ها رسوب کردند و برخی دیگر از طرفین تحت فشار قرار گرفتند. از صفحات برخوردی که آسیای جنوب شرقی را تشکیل می دهند.
"اما با در نظر گرفتن همه این انواع مختلف از دست دادن جرم، ما هنوز در می یابیم که نیمی از پوسته قاره ای درگیر در این برخورد امروز گم شده است." "اگر ما تمام راه حل های ممکن را در سطح محاسبه کرده باشیم، به این معنی است که جرم باقی مانده باید به طور عمده در گوشته بازیافت شده باشد."
اگر نواحی بزرگی از پوسته قاره ای به گوشته بازیافت شود، دانشمندان سرانجام می توانند برخی از ژئوشیمی گیج کننده قبلی را توضیح دهند.عناصری از جمله سرب و اورانیوم به صورت دوره ای از طریق فعالیت های آتشفشانی از گوشته فوران می کنند. چنین عناصری در پوسته قاره ای نسبتاً فراوان هستند، اما در گوشته کمیاب هستند. با این حال، ترکیب برخی از سنگ های مشتق شده از گوشته نشان می دهد که آنها توسط پوسته قاره ای آلوده شده اند. پس چگونه مواد قاره ای دوباره به گوشته مخلوط شدند؟
"پیامد کار ما این است که، اگر سیستم برخورد هند و آسیا را به عنوان یک فرآیند مداوم در طول تاریخ زمین می بینیم، ترکیبی مداوم از عناصر پوسته قاره ای به گوشته وجود داشته است." رولی گفت. "و سپس می توان آنها را دوباره استخراج کرد و در برخی از آن مواد آتشفشانی که امروزه از گوشته بیرون می آید، مشاهده کرد."
