A Föld forró, gooey központja és a hideg, kemény külső héja egyaránt felelős a tektonikus lemezek kúszó (és néha katasztrofális) mozgásáért. Az új kutatások azonban érdekes erőegyensúlyt mutatnak fel - a pezsgő köpeny szuperkontinenseket hoz létre, míg a kéreg széttöri őket.
A lemeztektonika folyamatával kapcsolatos következtetés levonására a tudósok létrehoztak egy új Föld számítógépes modellt, amelynek kéregét és köpenyét egyetlen varrat nélküli rendszernek tekintik. Idővel a virtuális bolygó felszínén a tektonikus mozgás körülbelül 60% -át meglehetősen sekély erők hajtották végre - a felület első 62 mérföldeén belül. A köpeny mély, kavargó konvekciója vezette a többit. A köpeny különösen fontos lett, amikor a kontinenseket szuperkontinensekké alakították össze, míg a sekély erők domináltak, amikor a szuperkontinensek széttörtek a modellben.
Ez a "virtuális föld" az első számítógépes modell, amely "a kéreg és a köpeny összekapcsolt, dinamikus rendszernek tekinti" - jelentette a kutatók a Science Advances folyóirat 30. októberében. Korábban a kutatók olyan hőhullámú konvekciós modelleket készítettek a köpenyben, amelyek elég jól illeszkedtek az igazi köpeny megfigyeléseihez, de nem utánozták a kéreg formáját. A kéregben lévő lemeztektonika modelljei előre jelezhetik a lemezek mozgásának valós megfigyeléseit, de nem derültek jól össze a köpeny megfigyeléseivel. Nyilvánvaló, hogy hiányzik valami abban a tekintetben, hogy a modellek összekapcsolják a két rendszert.
"A konvekciós modellek jók voltak a köpenyhez, de a tányérok nem voltak, a lemeztektonika jó volt a tányérokhoz, de nem a köpenyhez" - mondta Nicolas Coltice, az Ecole Normale Supérieure végzőiskola professzora, a párizsi PSL Egyetem része. "És a rendszer fejlődésének mögött álló teljes történet a kettő közötti visszajelzés."
Kéreg plusz köpeny
A Föld belső osztályának minden iskolai modelljén vékony kéregréteg látható, amely a köpeny forró, deformálódó rétege tetején fut. Ez az egyszerűsített modell azt a benyomást keltheti, hogy a kéreg egyszerűen szörfözik a köpenyben, így mozgatódik, és hogy az alábbi megmagyarázhatatlan áramok hatására.
De ez nem egészen igaz. A földtudósok régóta tudták, hogy a kéreg és a köpeny ugyanazon rendszer része; elkerülhetetlenül kapcsolódnak egymáshoz. Ez a megértés felvette a kérdést, vajon a felszínen lévő erők - például az egyik kéregdarab lecsökkentése a másik alatt - vagy a köpeny mélyén lévő erők elsősorban a kéreg alkotó lemezek mozgását vezérlik. Coltice és kollégái úgy találták, hogy a kérdés nem megfelelő. Mivel a két réteg annyira összefonódik, mindkettő hozzájárul.
Az elmúlt két évtizedben, a Coltice elmondta a Live Science-nek, a kutatók olyan számítógépes modellek kidolgozásán dolgoztak, amelyek reálisan ábrázolhatják a kéreg-köpeny kölcsönhatásait. A 2000-es évek elején egyes tudósok kifejlesztettek a köpeny hővezető mozgásának (konvekciójának) modelleit, amelyek természetesen valami olyat hoztak létre, amely a felület lemeztektonikájának tűnt. De ezek a modellek munkaerő-igényesek voltak, és nem végeztek sok utómunkát - mondta Coltice.
Coltice és kollégái nyolc évig dolgoztak a modellek új verzióján. Csak a szimuláció futtatása 9 hónapig tartott.
A Föld modell építése
Coltice-nak és csapatanak először el kellett készítenie egy virtuális Földet, valósághű paraméterekkel: mindent a hőáramlástól a tektonikus lemezek méretéig, az időig, amire általában szükség van a szuperkontinensek kialakulásához és széteséséhez.
Számos mód van arra, hogy a modell nem tökéletes Föld utánozása - mondta Coltice. Például, a program nem követi nyomon a korábbi szikladeformációkat, tehát a korábban deformálódott sziklák nem hajlamosak a jövőbeni könnyebb deformációra a modellben, amint ez a való életben is előfordulhat. De a modell továbbra is reális megjelenésű virtuális bolygót hozott létre, szubdukciós zónákkal, kontinentális sodródással, óceáni gerincekkel és árokkal kiegészítve.
Amellett, hogy azt bizonyította, hogy a köpenyerők dominálnak, amikor a kontinensek összekapcsolódnak, a kutatók úgy találták, hogy a kövér mágia oszlopok, úgynevezett köpenycsomók, nem a kontinensek szétválásának fő oka. A szubdukciós zónák, ahol az egyik kéreg egy másik alá van kényszerítve, a kontinentális szétesés motorjai - mondta Coltice. A köpenyek később kerülnek játékba. A már létező emelkedő hullámok elérhetik a felszíni kőzeteket, amelyeket a szubdukciós zónákban létrehozott erők gyengítették. Ezután ezeket a gyengébb helyeket indítják el, így valószínűbb, hogy a szuperkontinentum ott repedik.
A következő lépés, mondta Coltice, a modellek és a valós világ áthidalása megfigyelésekkel. A jövőben, mondta, a modell felhasználható mindazok felkutatására, a fő vulkanizmus eseményeitől kezdve, a lemezek határoinak kialakulásától kezdve a köpeny mozgatásáig a Föld forgása függvényében.
