Slučajno otkriven dokaz da se Zemlja "ljušti"

Seizmologinja Deborah Kilb proučavala je zapise o potresima u Kaliforniji iz posljednjih četrdeset godina kada je primijetila nešto neobično - niz dubokih potresa koji su se dogodili ispod planinskog lanca Sierra Nevada, na dubinama gdje je Zemljina kora obično pretopla i pod previsokim tlakom da bi seizmička aktivnost bila moguća, piše CNN.

Sierra Nevada

"Na sjeveru Kalifornije seizmički podaci obično sežu do otprilike 10 kilometara dubine. U južnoj Kaliforniji idu nešto dublje, do 18 kilometara", rekla je Kilb, istraživačica sa Scrippsova instituta za oceanografiju pri Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu.

No, potresi koje je otkrila u središnjem dijelu planinskog lanca dosezali su dvostruko veću dubinu i čini se da su još uvijek aktivni. "To što vidimo seizmičku aktivnost ispod 20 kilometara, primjerice između 20 i 40 kilometara dubine, iznimno je neobično", rekla je Kilb. "To nije nešto što se uobičajeno viđa kod potresa u Zemljinoj kori."

Kilb je podatke proslijedila Veri Schulte-Pelkum, znanstvenici iz Zajedničkog instituta za istraživanje okolišnih znanosti i izvanrednoj profesorici geoloških znanosti na Sveučilištu Colorado Boulder. Schulte-Pelkum već je proučavala neobičan sastav stijena u Sierra Nevadi koji je pokazivao duboke deformacije u istom području.

Koristeći nove podatke, znanstvenice su napravile seizmičku sliku Sierra Nevade s pomoću metode poznate kao analiza funkcije prijemnika (engl. receiver function analysis), koja koristi seizmičke valove za mapiranje unutarnje strukture Zemlje.

Propadanje litosfere

Otkrile su da se u središnjem dijelu planinskog lanca kora trenutačno odvaja od litosfere u procesu koji se znanstveno naziva propadanje litosfere (lithospheric foundering). Kilb i Schulte-Pelkum objavile su svoja otkrića u prosincu u časopisu Geophysical Research Letters.

Ta se hipoteza poklapa s ranijim nagađanjima da je to područje doživjelo propadanje litosfere, proces u kojem najgornji sloj tone u donje slojeve plašta. Autorice smatraju da je riječ o aktivnom procesu koji napreduje prema sjeveru planinskog lanca, navodi se u studiji.

"Usporedile smo bilješke i shvatile da su moji signali o deformacijama stijena i duboki potresi dolazili iz istog područja", rekla je Schulte-Pelkum. "Tada smo odlučile detaljnije proučiti to područje i otkrile cijelu ovu priču."

"Ono što se događa ispod Sierra Nevade moglo bi pružiti rijedak uvid u to kako su se formirali kontinenti", rekla je Schulte-Pelkum. Ovo otkriće također bi moglo pomoći znanstvenicima da identificiraju još područja gdje se odvija isti proces, ali i da bolje razumiju potrese i način na koji naš planet funkcionira.

Kako su nastali kontinenti?

Zemljin najgornji sloj, litosfera, sastoji se od krute kore i gornjeg plašta, koji je gušći, ali u polutekućem stanju. U taj sloj uključene su i oceanska kora, tanji i gušći sloj ispod oceana, i kontinentalna kora koja leži iznad nje. Način na koji ti slojevi uspijevaju ostati u ravnoteži, s kontinentima na vrhu, i dalje je djelomično nepoznat, rekla je Schulte-Pelkum.

"Kontinenti se, srećom po nas, nalaze iznad razine mora jer su sastavljeni od minerala koji su prosječno manje gustoće", rekla je. "Ali, da bi nešto stajalo više, najprije moraš ukloniti dio gušćeg materijala."

Propadanje litosfere je proces u kojem se gušći materijali povlače prema dnu, dok oni manje gustoće izbijaju prema vrhu, stvarajući kopno. "Gušći materijal tone u tu 'ljepljivu' zonu plašta i praktički se odvaja, čime prestaje povlačiti manje guste stijene iznad sebe", objasnila je.

U seizmičkim slikama područja ispod Sierra Nevade istraživačice su otkrile izražen sloj unutar plašta, na dubinama od oko 40 do 70 kilometara. Taj sloj pokazuje karakteristične strukturne uzorke koji se prema sjeveru postupno mijenjaju, pokazuju podaci.

"Ako uzmete blok gline s raznobojnim točkama i stisnete ga među dlanovima, točke će se rastegnuti i oblikovati u pruge. Tako otprilike izgledaju deformacije stijena", rekla je Schulte-Pelkum.

Na jugu Sierra Nevade guste stijene već su pokazivale izražene pruge i bile su odvojene od kore, dok se u središnjem dijelu taj proces još uvijek događa. Na sjeveru lanca zasad nema znakova deformacija.

Taj poseban sloj unutar plašta također bi mogao objasniti duboke potrese koje je Kilb otkrila jer je kora u središnjem dijelu neuobičajeno debela zbog povlačenja prema dolje i hladnija od vrućeg materijala plašta koji se inače nalazi na tim dubinama.

"Propadanje se vjerojatno počelo događati još dok su se kontinenti formirali"

"Stijenama treba jako dugo da se zagriju ili ohlade. Ako ih povučeš dolje ili gurneš prema gore, treba neko vrijeme da se prilagode na novu temperaturu", rekla je Schulte-Pelkum.

Dokazi za ovaj proces vrlo su rijetki jer nije vidljiv s površine i odvija se iznimno sporo. Znanstvenice vjeruju da je proces propadanja litosfere u južnom dijelu Sierra Nevade završio prije otprilike 3 do 4 milijuna godina.

Schulte-Pelkum kaže da se takvi prirodni procesi povremeno događaju diljem svijeta. "U geološkom smislu ovo je zapravo prilično brz proces između dugih razdoblja stabilnosti. Ovakvo propadanje vjerojatno se počelo događati dok su se kontinenti tek formirali i oni su se tijekom vremena širili. To je u biti povremen i lokaliziran proces", rekla je.

Predmet rasprava u geološkoj zajednici

Sierra Nevada već je desetljećima predmet rasprava u geološkoj zajednici zbog anomalije otkrivene u plaštu ispod Velike doline (Great Valley).

Dok neki znanstvenici smatraju da je to rezultat propadanja litosfere, drugi vjeruju da se radi o subdukciji - procesu u kojem oceanska ploča tone ispod manje guste kontinentalne ploče, mijenjajući strukturu Zemljine kore, kaže Mitchell McMillan, geolog i postdoktorski istraživač na Georgia Techu, koji nije sudjelovao u ovoj studiji.

"Postoje dvije konkurentne hipoteze koje pokušavaju objasniti sve ove podatke i to se ne događa često u geologiji. Ovaj će rad dodatno obogatiti tu raspravu na vrlo zanimljiv način", rekao je.

Daljnje istraživanje tog područja moglo bi pomoći znanstvenicima da bolje razumiju kako se Zemlja mijenja tijekom geoloških razdoblja. Ako se propadanje litosfere nastavi ispod planinskog lanca, moglo bi se očekivati daljnje vertikalno rastezanje tla, što bi dugoročno moglo promijeniti izgled krajolika, rekao je McMillan. No to bi moglo potrajati od nekoliko stotina tisuća do nekoliko milijuna godina, dodao je.

"Postojanje kopna dugujemo upravo ovim procesima"

Velike planinske mase ili područja s batolitima (velikim podzemnim magmatskim tijelima) su mjesta gdje se ovakvi događaji mogu očekivati, rekao je McMillan.

Ande, planinski lanac u Južnoj Americi, još su jedno mjesto gdje znanstvenici vjeruju da se proces propadanja litosfere već dogodio i da se možda još uvijek odvija. "Mislim da ova studija posebno ističe važnost povezivanja različitih skupova podataka", rekao je McMillan.

Razumijevanjem ovog procesa znanstvenici mogu steći bolji uvid u funkcioniranje planeta i procese ispod njegove površine, uključujući pojavu potresa koje se dovodi u vezu s tim procesom. 

Zanimljivo je i to da Venera, koja za razliku od Zemlje nema tektonske ploče, pokazuje znakove da se i ondje događalo propadanje litosfere, stoga bi razumijevanje ovog procesa na Zemlji moglo pomoći i u tumačenju geoloških procesa na drugim planetima.

"Zanimljivo je pomisliti da možete planinariti po Sierri, njezinim obroncima ili bilo gdje na kontinentu, a ispod vas se, duboko u Zemlji, događa nešto o čemu nemamo pojma", rekla je Schulte-Pelkum.

"Na neki način postojanje našeg kopna dugujemo upravo ovim procesima. Da Zemlja nije stvorila kontinente, bili bismo vrlo drukčija bića... Evoluirali smo zato što je planet evoluirao na ovaj način. Mislim da razumijevanje cijelog tog sustava u kojem postojimo ima svoju vrijednost i izvan samih potresa, ljudskih gubitaka ili materijalne štete."