dette er en fortælling om retsmedicinsk Geologi—at forsøge at sortere den gamle historie af skorpen under Bangladesh og Bengalbugten, en tektonisk kompleks region, der har forvirret forskere i årtier, og hvordan det er forbundet med et område tusinder af kilometer syd. Som med mange gode detektivhistorier involverer denne modstridende fortolkninger af ufuldstændige beviser, tilfældige spor, der afslørede ny indsigt, og i sidste ende foreslår vi en overbevisende opløsning, der også kaster lys over andre mysterier.
Indien og Antarktis del måder
historien starter, Da Indien og Antarktis—begge tidligere en del af superkontinentet Gondvana—splittede sig fra hinanden i det tidlige kridt for omkring 130 millioner år siden. Denne splittelse fandt sted langs en kløft, eller spredningscenter, i skorpen mellem det, der nu er det østlige Indien og en del af det østlige Antarktis. 3 centimeter om året, brød lava ud og afkølet på begge sider af kløften og fødte Enderby-bassinet (ud for Dronning Maud lands kyst, Antarktis) på den ene side og Bengalbugten på den anden. Tidligt, skorpe på hver side af kløften under de nydannede havbassiner afspejlede i det væsentlige det på den anden side.området i Gondvana, herunder hvad der ville blive det indiske subkontinent og dets tilstødende havbassin, blev den indiske plade. Denne region blev delt af spredningscentret fra området inklusive Antarktis og dets tilstødende havbassin, som blev den Antarktiske Plade.
en forvirrende afbrydelse
da lava størkner til ny havskorpe, bevarer visse typer mineraler signaturer af Jordens magnetfelt. Disse underskrifter kan registreres med skibstrukne magnetometre og derefter bruges til at bestemme alderen på forskellige dele af skorpen. Forskere gør denne bestemmelse ved at udlede mønsteret af magnetisme set i skorpeklipperne og binde det til det kendte mønster af periodiske reverseringer af Jordens magnetfelt.
fordi havbundens spredning og dannelsen af ny skorpe er symmetriske på hver side af et spredningscenter, er de magnetiske mønstre på hver side også symmetriske og danner spejlbilleder af hinanden. Det forventedes således, at det magnetiske mønster i Bengalbugten, der blev observeret i dag, ville afspejle mønsteret i Enderby-bassinet, cirka 8.000 kilometer væk (Figur 1).
forskere ved National Institute of Oceanography (NIO) i Goa, Indien, brugte den magnetiske målemetode til at opnå alderen på skorpen, der ligger til grund for Bengalbugten. I 1992 lancerede de et massivt program, der bugserede et magnetometer bag NIO-forskningsskibet Sagar Kanya (“Ocean Daughter”) langs seks spor på i alt omkring 8.200 kilometer (figur 2).
fra denne indsats, Ramana et al. rapporterede, at den ældste skorpe under bugten var omkring 130 millioner år gammel (i overensstemmelse med starten på splittelsen mellem Indien og Antarktis), mens den yngste skorpe var omkring 120 millioner år gammel. Disse forskere observerede også, at åbningen og dannelsen af ny skorpe fortsatte kontinuerligt uden afbrydelser.
en validering af Ramana et al.resultaterne kunne laves ved at finde spejlbilledmagnetiske variationer i Enderby-bassinet. Imidlertid, når Gaina et al. offentliggjorte magnetiske målinger fra Enderby Basin, de viste sig ikke at være et spejlbillede af resultaterne fra Bengalbugten, de viste heller ikke uafbrudt spredning. Gaina ‘ s holds resultater var baseret på magnetiske aflæsninger indsamlet på tre relativt korte skibspor (i alt omkring 1.100 kilometer) syd for Elan Bank, en vestlig fremtrædende af Kerguelen Plateau (figur 2). Disse resultater viste, hvad der syntes at være et spredningscenter ikke ved grænsen til Enderby-bassinet, men inden i det. Dette mønster var helt anderledes end det i Bengalbugten og kunne kun være skabt ved et hurtigt Skift eller spring af spredningscentret.
afstemning af uoverensstemmende magnetiske målinger
forskellen i fortolkningen af de magnetiske mønstre i de to bassiner var forvirrende. Hvilket var korrekt? Fortolkning af magnetiske mønstre involverer normalt antagelser. At udlede en aldersfortolkning af hele skorpen i Bengalbugten, Ramana et al. havde antaget spredningshastigheder, den mest passende del af den magnetiske reverseringstid, der skal anvendes, og tilstedeværelsen af brudområder (som fortrænger det magnetiske mønster). Men forkerte antagelser kan negere hele fortolkninger.
Gaina et al. , på den anden side, ved kun at tackle en del af Enderby-bassinet, fremsatte ingen sådanne antagelser. Det faktum, at de så nøjagtig symmetri i det magnetiske mønster omkring en rift, var nok til at retfærdiggøre tilstedeværelsen af et spring i spredningscentret og bekræfte deres fortolkning af det magnetiske mønster.
antagelserne fra Ramana et al. stod ikke op til nærmere undersøgelse. De havde påberåbt sig spredningshastigheder, der syntes at være alt for høje. De havde antaget tilstedeværelsen af brudområder, som det viste sig ikke eksisterede. Og de havde ignoreret tilstedeværelsen af 85-ryggen, et vigtigt træk ved Bengalbugten. Af disse grunde måtte deres fortolkning af det magnetiske mønster og skorpealderen i Bengalbugten afvises.
Vi var dog stadig tilbage med den ubehagelige konklusion, at de magnetiske mønstre i de to bassiner var forskellige.
det mest sandsynlige forløb, som vi kom op med for at forklare dette geologiske mysterium, fortsætter som følger. 10 millioner år efter, at kløften mellem Indien og Antarktis åbnede, skorpen på begge sider—i Bengalbugten og i Enderby—bassinet-dannede sig faktisk symmetrisk som forventet, som angivet af de magnetiske linjer på billedet til venstre i figur 3.
men i en uventet drejning ser den østlige del af det oprindelige spredningscenter ud til at have sprunget nordpå i forhold til den vestlige del af spredningscentret. Denne nyligt flyttede kløft må have været længere fra Antarktis og tættere på Indien. Da de indiske og antarktiske plader fortsatte med at bevæge sig fra hinanden, spredte sig langs den østlige del af den oprindelige rift stoppede. Denne ændring efterlod et relikvie symmetrisk Magnetisk Mønster syd for Elan Bank (som vist på billedet til højre i figur 3), hvilket er, hvad Gaina og kolleger opdagede.
denne rækkefølge af begivenheder tegnede sig for de forskellige magnetiske resultater fra Bengalbugten og Enderby-bassinet, men to store spørgsmål forblev: Hvor endte den østlige del af spredningscentret, og hvorfor opstod springet?
store spor i årtier gamle Data
en ledetråd, der kunne hjælpe med at løse disse spørgsmål, kom fra en uventet kilde-energigiganten Unocal. Unocal havde seismiske refleksionsregistre indsamlet af den tyske geofysiske entreprenør Prakla i 1960 ‘erne. disse optegnelser viste funktioner kaldet havdypningsreflektorer (SDR’ er), som repræsenterer grænseflader mellem blandede lag af vulkansk og sedimentært materiale og er karakteristiske for vulkanske passive kontinentale margener. (De observeres for eksempel ud for den amerikanske østkyst.) Men hvorfor ville SDR ‘ er forekomme på land under Bangladesh snarere end tæt på en kontinent-havgrænse?
et svar på dette spørgsmål opstod, da Bert Bally, en kollega ved Rice University, påpegede et papir om Tektonikken i Bangladesh af Lohmann . Papiret, der blev offentliggjort i Bulletin For Petroleum geologer og ingeniører, var undsluppet vores tidligere varsel, men gav os nu en stor anelse om, hvor den østlige del af spredningscentret var afviklet efter springet. Vi kiggede på tidligere uassocierede vulkanske fælder.
et fragment af en af de Unokale SDR-poster og delvise illustrationer af to af refleksionslinjerne med SDR ‘er er vist i figur 4, og de dele af reflektionslinjerne, hvor SDR’ er opstod, er angivet i figur 5. Figur 5 viser også placeringen af Rajmahal-og Sylhet-fælderne, store provinser med vulkansk sten, der dannedes, da lavas oversvømmede på jordens overflade. Klipperne, der udgør de to fælder, har identiske kemiske egenskaber og samme alder på 117,5 millioner år. Alligevel uden en overbevisende geologisk forklaring til at forbinde de to provinser, som er adskilt af hundreder af kilometer, de fleste efterforskere havde troet, at Rajmahal-og Sylhet-fælderne kom fra separate udbrud. Men Sdr ‘ ernes positioner med hensyn til fælderne antydede os muligheden for en anden fortolkning: at fælderne lå langs en kontinuerlig linje af tidligere vulkansk aktivitet, der repræsenterede det ukendte sted, som den østlige ende af det oprindelige spredningscenter var sprunget til.
bekræftelse af denne ide kom fra en anden geofysisk måling. Ved passive vulkanske margener er SDR ‘ er forbundet med klipper, der bærer store mængder magnetiske mineraler, hvilket giver anledning til store magnetiske anomalier. Magnetiske målekort over Bangladesh viste, at en sådan anomali faktisk ligger mellem Rajmahal-og Sylhet-fælderne. (En international grænse er ansvarlig for den tilsyneladende diskontinuitet i hver ende af den magnetiske anomali set i figur 5, selvom Mita Rajaram fra Indian Institute of Geomagnetism forsikrede os om, at anomalien fortsætter til fælderne på begge sider.) Således understøttede kontinuiteten i den magnetiske anomali vores opdagelse af den flyttede åbningslinje, der forbinder de to fælder (og sandsynligvis strækker sig mod øst), som vi rapporterede i 2016 .
hvorfor springet?
Vi havde nu en dybere forståelse af skorpen under Bengalbugten. 120 millioner år siden, fortsatte den indiske plade med at marchere nordpå, mens et nyt hav åbnede syd for spredningscentret. Omkring 65 millioner år senere kolliderede den indiske plade med Eurasien og opløftede en ny bjergkæde, Himalaya. Da bjergene steg, kastede de enorme mængder eroderede sedimenter, der blev båret af to gigantiske floder, Ganges og Brahmaputra, til det nydannede hav. Efterhånden udfyldte disse sedimenter en del af havet—i dag er dette udfyldte område kendt som Bengalbassinet, som inkluderer Bangladesh og en del af den østlige indiske delstat Bengal. Bangladesh ligger således på en seng af oceanisk skorpe, ikke kontinental skorpe, som man engang antog. Syd for Bengalbassinet er dagens Bengalbugten, som indeholder en af de tykkeste ophobninger af sediment i verden og stadig er i færd med at fylde op.
mysteriet havde stadig et dvælende spørgsmål: hvorfor opstod hoppet? Den mest sandsynlige forklaring påberåber sig en rolle for rock stiger fra dybt i kappen. Indien, efter sin tidlige kridt split fra Antarktis og i løbet af sin march nord, passerede over Kerguelen plume. Plumes indeholder varm sten, der stiger fra kerne-mantelgrænsen til skorpen. Dette flydende materiale bryder lejlighedsvis ud som lava ved overfladen. Flere petrologer har hævdet, at materialet, der udgør Rajmahal-og Sylhet-fælderne, ikke kom direkte fra Kerguelen-plume, men snarere var varme, der blev transporteret af plume, ansvarlig for at åbne en kløft, der derefter leverede magmaen i fælderne. Vi foreslår, at denne nye rift repræsenterer springet i den østlige del af den oprindelige rift.
samtidig med springet blev lava deponeret over en del af den indiske plade (vist i gul i figur 3), der efterfølgende løsrev sig fra den. Dette fritliggende område omfatter Kerguelen Plateau og Elan Bank, nu en del af Enderby Basin (figur 2). Efter springet og indledningen af det nye spredningscenter ophørte rifting langs den østlige del af det oprindelige spredningscenter (nu i det østlige Enderby-Bassin). Det var dette uddøde spredningscenter, som Gainas team opdagede. Den vestlige del af det oprindelige spredningscenter sprang i mellemtiden ikke. Således blev det oprindelige spredningscenter opdelt i to segmenter forbundet med et brudområde (transformationsfejl), som det ses i figur 3. Den 85-liters højderyg i figur 2 og den negative anomalistrimmel i figur 5 repræsenterer dette brudområde.
en anden Bevislinje
magnetiske målinger er ikke den eneste metode, der bruges til at bestemme skorpenes natur. Seismisk brydning, hvor hastigheden af seismiske bølger, der bevæger sig gennem skorpen, måles og relateres til sammensætningen af skorpeklipperne, er også en levedygtig metode. Denne metode kan også bruges til at bestemme skorpetykkelse.
et fremragende brydningseksperiment blev udført af Sibuet et al. , der indsamlede seismiske brydningsdata langs tre spor offshore i Bangladesh (figur 6, venstre). Resultater fra sådanne eksperimenter vises ofte i grafer, hvor hastigheden af seismiske bølger i skorpen er afbildet mod dybden. Et eksempel på denne type plot ses i figur 6 (højre), som inkluderer resultater fra en af de seismiske stationer, der anvendes i Sibuet et al.forskning. Også vist i figur 6 er hastighedsdybdedata bestemt i tidligere forskning for seismiske bølger, der rejser gennem forskellige områder af oceanisk eller kontinental skorpe.
oceanisk skorpe er typisk tyndere end kontinental skorpe, men den er også tættere, så seismiske hastigheder er højere. Sibuet og hans kolleger konkluderede, at fordi deres resultater angav en tyk skorpe, hvor de havde indsamlet data fra Bangladesh, skal skorpen der være kontinental oprindelse, selvom den seismiske hastighed var meget højere end forventet for kontinental skorpe.
men Eldholm og Grue havde med data fra andre passive vulkanske margener vist, at nydannet havskorpe kunne være meget tykkere end normalt. Faktisk, den gennemsnitlige hastighedsdybdekurve, som de bestemte for ny havskorpe langs vulkanske margener, var helt sammenfaldende med Sibuet et al.’S kurve (figur 6). Således er de data, som Sibuet et al. tog for at indikere kontinental skorpe ud for Bangladesh giver faktisk stærk støtte til ideen om, at skorpen under Bengalbassinet er oceanisk . (Det er dog vigtigt at bemærke, at Sibuet et al. er ikke enig i vores fortolkning. De foreslår i stedet, at deres hastighedsdybdekurver adskiller sig fra hastighedsdybdekurver ved passive vulkanske margener, og de tilskriver højere skorpes seismiske hastigheder til vulkanske karme, der trænger ind i den kontinentale skorpe.)
en tektonisk fortælling afsløret
når man ser i alt på de akkumulerede beviser, er den sandsynlige række begivenheder, der førte til dannelsen af skorpen under Bengalbugten, som følger:
1. Efter splittelsen mellem Indien og Antarktis i det tidlige kridt, Bengalbugten og Enderby-bassinet udviklede sig symmetrisk.
2. For omkring 120 millioner år siden førte et spring mod nord i den østlige del af spredningscentret til oprettelsen af et nyt hav. Dette nye hav åbnede syd for det flyttede spredningscenter, som lå langs en linje defineret af Rajmahal og Sylhet fælder, og den nye havskorpe er det, der ligger til grund for Bengalbassinet, inklusive Bangladesh, såvel som det østlige bassin i Bengalbugten.
3. Springet i spredningscentret rev det forfædres Kerguelen-Plateau fra den indiske plade og flyttede det til den Antarktiske Plade. Dette plateau var efterfølgende stedet for omfattende lavaaflejring, men det bevarede sin base af indisk kontinental skorpe.
4. Springet skabte også en transformationsfejl, der forbandt de to segmenter af riftet. Denne transformationsfejl er afgrænset af en negativ tyngdekraftsanomali på land i det moderne østlige Indien og til søs ved 85 liter e Ridge.
Med denne sekvens uddybet er mange spørgsmål, der har forvirret forskere, der undersøger dette område, blevet besvaret. Men som med mange gode detektivhistorier er der detaljer, der ikke er løst—den negative tyngdekraftsanomali, der blev observeret i 85-frakturområdet, er endnu ikke blevet forklaret med succes. Måske vil fremtidige undersøgelser fortsætte med at afsløre ny indsigt i denne regions fascinerende og komplekse geologi.