Jordens varme, søde centrum og dets kolde, hårde ydre skal er begge ansvarlige for den krybende (og undertiden katastrofale) bevægelse af tektoniske plader. Men nu afslører ny forskning en spændende magtbalance - den oozing mantel skaber superkontinent, mens skorpen river dem fra hinanden.
For at komme til denne konklusion om processen med pladetektonik skabte forskerne en ny computermodel af Jorden med skorpen og mantlen betragtes som et problemfrit system. Over tid blev omkring 60% af den tektoniske bevægelse ved overfladen af denne virtuelle planet drevet af ret lavt kræfter - inden for de første 62 mil (100 kilometer) af overfladen. Den dybe, rivende konvektion af mantlen drev resten. Mantelen blev særlig vigtig, da kontinenterne blev skubbet sammen for at danne superkontinent, mens de lavvandede kræfter dominerede, da superkontinenter brød fra hinanden i modellen.
Denne "virtuelle jord" er den første computermodel, der "betragter" skorpen og mantelen som et sammenkoblet, dynamisk system, rapporterede forskerne 30. oktober i tidsskriftet Science Advances. Tidligere lavede forskere modeller af varmestyret konvektion i mantelen, der matchede observationer af den virkelige mantel temmelig godt, men efterlod ikke skorpen. Og modeller af pladetektonik i skorpen kunne forudsige observationer i den virkelige verden af, hvordan disse plader bevæger sig, men gitter ikke godt med observationer af mantelen. Der manglede helt klart noget i den måde, hvorpå modeller satte de to systemer sammen.
"Konvektionsmodeller var gode til mantlen, men ikke plader, og pladetektonik var god til plader, men ikke for mantlen," sagde Nicolas Coltice, professor ved Ecole Normale Supérieure kandidatskole, en del af PSL University i Paris. "Og hele historien bag systemets udvikling er feedback mellem de to."
Skorpe plus mantel
Hver klasseskolemodel af Jordens indre viser et tyndt lag skorpe, der kører ovenpå det varme, deformerbare lag af mantelen. Denne forenklede model giver måske et indtryk af, at skorpen simpelthen surfer på mantelen, flyttes på denne måde og den af de uforklarlige strømme nedenfor.
Men det er ikke helt rigtigt. Jordforskere har længe vidst, at skorpen og kappen er en del af det samme system; de er uundgåeligt forbundet. Denne forståelse har rejst spørgsmålet om, hvorvidt kræfter på overfladen - såsom undtagelse af den ene skorpe skorpe under en anden - eller kræfter dybt i mantlen primært driver bevægelsen af de plader, der udgør skorpen. Svaret, Coltice og hans kolleger fandt, er, at spørgsmålet er dårligt stillet. Det er fordi de to lag er så sammenflettet, at de begge bidrager.
I løbet af de sidste to årtier, fortalte Coltice til Live Science, har forskere arbejdet på computermodeller, der kunne repræsentere skorpekantel-interaktioner realistisk. I de tidlige 2000'ere udviklede nogle forskere modeller af varmestyret bevægelse (konvektion) i mantelen, der naturligt gav anledning til noget, der lignede pladetektonik på overfladen. Men disse modeller var arbejdskrævende og fik ikke meget opfølgningsarbejde, sagde Coltice.
Coltice og hans kolleger arbejdede i otte år på deres nye version af modellerne. Det tog bare 9 måneder at køre simuleringen alene.
Bygning af en Jorden model
Coltice og hans team måtte først oprette en virtuel jord, komplet med realistiske parametre: alt fra varmestrøm til størrelsen af tektoniske plader til den tid, det tager superkontinenter at blive dannet og gå fra hinanden.
Der er mange måder, hvorpå modellen ikke er en perfekt efterligning af Jorden, sagde Coltice. For eksempel holder programmet ikke styr på tidligere klippedeformation, så klipper, der har deformeret før, er ikke tilbøjelige til at deformere lettere i fremtiden i deres model, som det kunne være tilfældet i det virkelige liv. Men modellen producerede stadig en realistisk virtuel planet, komplet med subduktionszoner, kontinental drift og oceaniske rygge og skyttegrave.
Ud over at vise, at mantelkrafter dominerer, når kontinenter mødes, fandt forskerne, at varme kolonner med magma, der kaldes mantelplukker, ikke er den vigtigste grund til, at kontinenter bryder fra hinanden. Subduktionszoner, hvor den ene skorpe tvinges under den anden, er drivkraften for kontinental opbrydning, sagde Coltice. Mantelflommer kommer senere i spil. Eksisterende stigende huler kan nå overfladebergarter, der er blevet svækket af kræfterne, der er skabt i subduktionszoner. De insinuerer sig derefter på disse svagere steder, hvilket gør det mere sandsynligt for superkontinentet at rive på det sted.
Det næste trin, sagde Coltice, er at bygge bro over modellen og den virkelige verden med observationer. I fremtiden, sagde han, kunne modellen bruges til at udforske alt fra store vulkanhændelser til, hvordan pladegrænser dannes, til hvordan mantelen bevæger sig rundt i forhold til Jordens rotation.
