Dies ist eine Geschichte der forensischen Geologie — der Versuch, die alte Geschichte der Kruste unter Bangladesch und der Bucht von Bengalen zu klären, eine tektonisch komplexe Region, die Wissenschaftler seit Jahrzehnten verwirrt hat, und wie sie mit einem Gebiet Tausende von Kilometern südlich verbunden ist. Wie bei vielen guten Detektivgeschichten, Diese beinhaltet widersprüchliche Interpretationen unvollständiger Beweise, zufällige Hinweise, die neue Erkenntnisse enthüllten, und, letztendlich, Wir schlagen vor, eine überzeugende Lösung, die auch andere Geheimnisse beleuchtet.
Indien und Antarktis trennen sich
Die Geschichte beginnt, als sich Indien und die Antarktis — beide ehemals Teil des Superkontinents Gondwana — in der frühen Kreidezeit vor etwa 130 Millionen Jahren voneinander trennten. Diese Spaltung erfolgte entlang eines Risses oder Ausbreitungszentrums in der Kruste zwischen dem heutigen Ostindien und einem Teil der Ostantarktis. Als sich die Landmassen trennten und Indien mit etwa 3 Zentimetern pro Jahr nach Norden beschleunigte, brach auf beiden Seiten des Risses Lava aus und kühlte sich ab, wodurch das Enderby-Becken (vor der Küste von Queen Maud Land, Antarktis) auf der einen Seite und die Bucht von Bengalen auf der anderen. Schon früh spiegelte die Kruste auf beiden Seiten des Risses unter den neu gebildeten Ozeanbecken im Wesentlichen die auf der anderen Seite wider.Das Gebiet von Gondwana einschließlich dessen, was der indische Subkontinent und sein angrenzendes Ozeanbecken werden würde, wurde zur indischen Platte. Diese Region wurde durch das Ausbreitungszentrum aus dem Gebiet einschließlich der Antarktis und des angrenzenden Ozeanbeckens geteilt, das zur Antarktischen Platte wurde.
Eine rätselhafte Karte
Während sich Lava zu einer neuen Ozeankruste verfestigt, bewahren bestimmte Arten von Mineralien Signaturen des Erdmagnetfeldes. Diese Signaturen können von Schiffsmagnetometern aufgezeichnet und dann zur Bestimmung des Alters verschiedener Teile der Kruste verwendet werden. Wissenschaftler machen diese Bestimmung, indem sie das Muster des Magnetismus in den Krustengesteinen ableiten und es an das bekannte Muster periodischer Umkehrungen des Erdmagnetfeldes binden.Da die Ausbreitung des Meeresbodens und die Bildung neuer Krusten auf beiden Seiten eines Ausbreitungszentrums symmetrisch sind, sind auch die magnetischen Muster auf jeder Seite symmetrisch und bilden Spiegelbilder voneinander. Daher wurde erwartet, dass das heute beobachtete magnetische Muster in der Bucht von Bengalen das Muster im etwa 8.000 Kilometer entfernten Enderby-Becken widerspiegeln würde (Abbildung 1).Wissenschaftler am National Institute of Oceanography (NIO) in Goa, Indien, verwendeten die magnetische Messmethode, um das Alter der Kruste im Golf von Bengalen zu erhalten. 1992 starteten sie ein massives Programm und schleppten ein Magnetometer hinter das NIO-Forschungsschiff Sagar Kanya („Ocean Daughter“) auf sechs Spuren von insgesamt rund 8.200 Kilometern (Abbildung 2).
Aus diesen Bemühungen haben Ramana et al. berichtet, dass die älteste Kruste unter der Bucht etwa 130 Millionen Jahre alt war (in Übereinstimmung mit dem Beginn der Spaltung zwischen Indien und der Antarktis), während die jüngste Kruste etwa 120 Millionen Jahre alt war. Diese Forscher beobachteten auch, dass die Öffnung und die Bildung neuer Krusten kontinuierlich und ohne Unterbrechungen abliefen.
Eine Validierung von Ramana et al.die Ergebnisse könnten durch spiegelbildliche magnetische Variationen im Enderby-Becken erzielt werden. Wenn jedoch Gaina et al. veröffentlichte magnetische Messungen aus dem Enderby-Becken, Sie erwiesen sich weder als Spiegelbild der Ergebnisse aus dem Golf von Bengalen, noch zeigten sie eine ununterbrochene Ausbreitung. Die Ergebnisse von Gainas Team basierten auf magnetischen Messungen, die auf drei relativ kurzen Schiffsspuren (insgesamt etwa 1.100 Kilometer) südlich der Elan Bank, einem westlichen Schwerpunkt des Kerguelen-Plateaus, gesammelt wurden (Abbildung 2). Diese Ergebnisse zeigten, was ein Ausbreitungszentrum nicht an der Grenze des Enderby-Beckens zu sein schien, aber innerhalb davon. Dieses Muster war ganz anders als im Golf von Bengalen und konnte nur durch eine schnelle Verschiebung oder einen Sprung des Ausbreitungszentrums erzeugt werden.
Versöhnung diskordanter magnetischer Messungen
Der Unterschied in der Interpretation der magnetischen Muster in den beiden Becken war rätselhaft. Was war richtig? Die Interpretation magnetischer Muster beinhaltet normalerweise Annahmen. Um eine Altersinterpretation der gesamten Kruste der Bucht von Bengalen abzuleiten, Ramana et al. hatte Spreizraten angenommen, der am besten geeignete Teil der magnetischen Umkehrzeitskala anzuwenden, und das Vorhandensein von Bruchzonen (die das magnetische Muster verschieben). Aber falsche Annahmen können ganze Interpretationen negieren.
Gaina et al. , auf der anderen Seite, bei der Bekämpfung nur einen Teil des Enderby-Becken, machte keine solchen Annahmen. Die Tatsache, dass sie eine exakte Symmetrie im magnetischen Muster um einen Riss herum sahen, reichte aus, um das Vorhandensein eines Sprungs im Ausbreitungszentrum zu rechtfertigen und ihre Interpretation des magnetischen Musters zu bestätigen.
Die Annahmen von Ramana et al. hat der näheren Betrachtung nicht standgehalten. Sie hatten sich auf Streuraten berufen, die viel zu hoch erschienen. Sie hatten das Vorhandensein von Bruchzonen angenommen, die, wie sich herausstellte, nicht existierten. Und sie hatten die Anwesenheit des 85 ° E-Kamms ignoriert, ein wichtiges Merkmal der Bucht von Bengalen. Aus diesen Gründen, Ihre Interpretation des magnetischen Musters und des Krustenalters im Golf von Bengalen musste abgelehnt werden.
Wir hatten jedoch immer noch die unangenehme Schlussfolgerung, dass die magnetischen Muster in den beiden Becken unterschiedlich waren.
Der plausibelste Verlauf der Ereignisse, den wir uns ausgedacht haben, um dieses geologische Rätsel zu erklären, verläuft wie folgt. Etwa 10 Millionen Jahre nach dem Öffnen des Risses zwischen Indien und der Antarktis bildete sich die Kruste auf beiden Seiten — im Golf von Bengalen und im Enderby—Becken – tatsächlich wie erwartet symmetrisch, wie die magnetischen Linien im Bild links in Abbildung 3 zeigen.
Aber in einer unerwarteten Wendung scheint der östliche Teil des ursprünglichen Ausbreitungszentrums relativ zum westlichen Teil des Ausbreitungszentrums nach Norden gesprungen zu sein. Dieser neu verlegte Riss muss weiter von der Antarktis und näher an Indien gelegen haben. Als sich die indische und die antarktische Platte weiter auseinander bewegten, hörte die Ausbreitung entlang des vorspringenden Teils des ursprünglichen Risses auf. Diese Änderung hinterließ ein symmetrisches Magnetmuster südlich der Elan Bank (wie im Bild rechts in Abbildung 3 gezeigt), was Gaina und Kollegen entdeckten.
Diese Abfolge von Ereignissen machte die unterschiedlichen magnetischen Ergebnisse aus der Bucht von Bengalen und dem Enderby-Becken aus, aber zwei große Fragen blieben: Wo endete der östliche Teil des Ausbreitungszentrums und warum kam es zu dem Sprung?
Große Hinweise in jahrzehntelangen Daten
Ein Hinweis, der helfen könnte, diese Fragen zu lösen, kam von einer unerwarteten Quelle – dem Energieriesen Unocal. Unocal ließ in den 1960er Jahren seismische Reflexionsaufzeichnungen vom deutschen geophysikalischen Auftragnehmer Prakla sammeln. Diese Aufzeichnungen zeigten Merkmale, die als Seaward Dipping Reflectors (SDRs) bezeichnet werden. Diese stellen Grenzflächen zwischen eingestreuten Schichten aus vulkanischem und sedimentärem Material dar und sind charakteristisch für vulkanische passive Kontinentalränder. (Sie werden zum Beispiel vor der US-Ostküste beobachtet.) Aber warum sollten SDRs an Land unter Bangladesch und nicht in der Nähe einer Kontinent-Ozean-Grenze auftreten?Eine Antwort auf diese Frage ergab sich, als Bert Bally, ein Kollege an der Rice University, auf ein Papier von Lohmann über die Tektonik Bangladeschs hinwies . Das Papier, veröffentlicht im Bulletin des Schweizerischen Verbandes der Erdölgeologen und Ingenieure, war unserer früheren Ankündigung entgangen, gab uns aber jetzt einen wichtigen Hinweis darauf, wo der östliche Teil des Ausbreitungszentrums nach dem Sprung aufgewickelt war. Wir haben uns zuvor nicht assoziierte vulkanische Fallen angesehen.
Ein Fragment eines der unokalen SDR-Datensätze und teilweise Abbildungen von zwei der Reflexionslinien mit SDRs sind in Abbildung 4 dargestellt, und die Abschnitte der Reflexionslinien, in denen SDRs auftraten, sind in Abbildung 5 angegeben. Abbildung 5 zeigt auch die Standorte der Rajmahal- und Sylhet-Fallen, große Provinzen aus Vulkangestein, die sich gebildet haben, als Laven auf die Erdoberfläche geflutet wurden. Die Gesteine, aus denen die beiden Fallen bestehen, haben identische chemische Eigenschaften und das gleiche Alter von 117, 5 Millionen Jahren. Doch ohne eine zwingende geologische Erklärung, um die beiden Provinzen zu verbinden, die durch Hunderte von Kilometern getrennt sind, Die meisten Ermittler hatten geglaubt, dass die Rajmahal- und Sylhet-Fallen von getrennten Eruptionen stammten. Aber die Positionen der SDRs in Bezug auf die Fallen schlugen uns die Möglichkeit einer anderen Interpretation vor: Dass die Fallen entlang einer kontinuierlichen Linie vergangener vulkanischer Aktivität lagen, die den unbekannten Ort darstellte, an den das östliche Ende des ursprünglichen Ausbreitungszentrums gesprungen war.
Bestätigung dieser Idee kam von einer anderen geophysikalischen Messung. An passiven vulkanischen Rändern sind SDRs mit Gesteinen verbunden, die große Mengen magnetischer Mineralien enthalten, die zu großen magnetischen Anomalien führen. Magnetische Messkarten von Bangladesch zeigten, dass eine solche Anomalie tatsächlich zwischen den Rajmahal- und Sylhet-Fallen liegt. (Eine internationale Grenze ist für die scheinbare Diskontinuität an beiden Enden der magnetischen Anomalie verantwortlich, die in Abbildung 5 zu sehen ist, obwohl Mita Rajaram vom Indian Institute of Geomagnetism uns versicherte, dass die Anomalie bis zu den Fallen auf beiden Seiten anhält.) Somit unterstützte die Kontinuität der magnetischen Anomalie unsere Entdeckung der verlagerten Öffnungslinie, die die beiden Fallen verbindet (und sich wahrscheinlich nach Osten erstreckt), über die wir 2016 berichteten .
Warum der Sprung?
Wir hatten nun ein tieferes Verständnis der Kruste unter dem Golf von Bengalen. Nachdem sich der neue Riss vor etwa 120 Millionen Jahren gebildet hatte, marschierte die indische Platte weiter nach Norden, während sich südlich des Ausbreitungszentrums ein neuer Ozean öffnete. Etwa 65 Millionen Jahre später kollidierte die indische Platte mit Eurasien und erhob eine neue Gebirgskette, den Himalaya. Als sich die Berge erhoben, vergossen sie enorme Mengen erodierter Sedimente, die von zwei riesigen Flüssen, dem Ganges und dem Brahmaputra, in den neu gebildeten Ozean getragen wurden. Allmählich füllten sich diese Sedimente in einem Teil des Ozeans – heute ist dieses ausgefüllte Gebiet als Bengal Basin bekannt, das Bangladesch und einen Teil des ostindischen Bundesstaates Bengalen umfasst. Bangladesch, so, liegt auf einem Bett aus ozeanischer Kruste, nicht kontinentale Kruste, wie einst angenommen. Südlich des Bengalischen Beckens befindet sich der heutige Golf von Bengalen, der eine der dicksten Sedimentansammlungen der Welt enthält und sich immer noch füllt.
Das Rätsel hatte immer noch eine Frage: Warum kam es zu dem Sprung? Die wahrscheinlichste Erklärung ist eine Rolle für Gestein, das tief im Mantel aufsteigt. Indien, nach seiner frühen Kreidezeit von der Antarktis und während seines Marsches nach Norden, passierte die Kerguelen-Wolke. Federn enthalten warmes Gestein, das von der Kern-Mantel-Grenze zur Kruste aufsteigt. Dieses schwimmfähige Material bricht gelegentlich als Lava an der Oberfläche aus. Mehrere Petrologen haben argumentiert, dass das Material, aus dem die Rajmahal- und Sylhet-Fallen bestehen, nicht direkt aus der Kerguelen-Wolke stammt, jedoch, sondern, Die von der Wolke übertragene Wärme war für die Öffnung eines Risses verantwortlich, der dann das Magma in den Fallen versorgte. Wir schlagen vor, dass dieser neue Riss den Sprung des östlichen Teils des ursprünglichen Risses darstellt.
Zeitgleich mit dem Sprung lagerte sich Lava über einem Teil der indischen Platte ab (in Abbildung 3 gelb dargestellt), die sich anschließend davon löste. Dieses freistehende Gebiet umfasst das Kerguelen-Plateau und das Elan-Ufer, das heute Teil des Enderby-Beckens ist (Abbildung 2). Nach dem Sprung und der Einleitung des neuen Ausbreitungszentrums hörte die Rissbildung entlang des östlichen Teils des ursprünglichen Ausbreitungszentrums (jetzt im östlichen Enderby-Becken) auf. Es war dieses ausgestorbene Verbreitungszentrum, das Gainas Team entdeckte. Der westliche Teil des ursprünglichen Ausbreitungszentrums sprang unterdessen nicht. Somit wurde das ursprüngliche Spreizzentrum in zwei Segmente aufgeteilt, die durch eine Bruchzone (Transformationsfehler) verbunden sind, wie in Abbildung 3 dargestellt. Der 85°E-Grat in Abbildung 2 und der negative Anomaliestreifen in Abbildung 5 stellen diese Bruchzone dar.
Eine zweite Beweislinie
Magnetische Messungen sind nicht die einzige Methode, um die Beschaffenheit der Kruste zu bestimmen. Seismische Brechung, bei der die Geschwindigkeit seismischer Wellen, die sich durch die Kruste bewegen, gemessen und mit der Zusammensetzung der Krustengesteine in Beziehung gesetzt wird, ist ebenfalls eine praktikable Methode. Diese Methode kann auch zur Bestimmung der Krustendicke verwendet werden.
Ein ausgezeichnetes Brechungsexperiment wurde von Sibuet et al. , die seismische Refraktionsdaten entlang drei Spuren vor der Küste Bangladeschs gesammelt haben (Abbildung 6, links). Die Ergebnisse solcher Experimente werden oft in Graphen dargestellt, in denen die Geschwindigkeit seismischer Wellen in der Kruste gegen die Tiefe aufgetragen ist. Ein Beispiel für diese Art von Diagramm ist in Abbildung 6 (rechts) zu sehen, die Ergebnisse einer der in Sibuet et al.Forschung. In Abbildung 6 sind auch Geschwindigkeits-Tiefendaten dargestellt, die in früheren Forschungen für seismische Wellen ermittelt wurden, die sich durch verschiedene Bereiche der ozeanischen oder kontinentalen Kruste bewegen.
Die ozeanische Kruste ist typischerweise dünner als die kontinentale Kruste, aber auch dichter, so dass die seismischen Geschwindigkeiten höher sind. Sibuet und seine Kollegen kamen zu dem Schluss, dass die Kruste dort kontinentalen Ursprungs sein muss, da ihre Ergebnisse auf eine dicke Kruste hindeuteten, in der sie Daten vor Bangladesch gesammelt hatten, obwohl die seismische Geschwindigkeit viel höher war als für die kontinentale Kruste erwartet.Aber Eldholm und Grue hatten mit Daten von anderen passiven vulkanischen Rändern gezeigt, dass neu gebildete Ozeankruste viel dicker als normal sein könnte. Eigentlich, Die durchschnittliche Geschwindigkeits-Tiefenkurve, die sie für neue Ozeankruste entlang vulkanischer Ränder bestimmten, stimmte vollständig mit Sibuet et al. überein.Kurve (Abbildung 6). Somit sind die Daten, die Sibuet et al. hinweise darauf, dass die kontinentale Kruste vor Bangladesch tatsächlich eine starke Unterstützung für die Idee darstellt, dass die Kruste unter dem bengalischen Becken ozeanisch ist . (Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Sibuet et al. stimmen Sie unserer Interpretation nicht zu. Sie schlagen stattdessen vor, dass sich ihre Geschwindigkeits-Tiefen-Kurven von den Geschwindigkeits-Tiefen-Kurven an passiven vulkanischen Rändern unterscheiden, und sie schreiben höhere seismische Krustengeschwindigkeiten vulkanischen Schwellen zu, die in die kontinentale Kruste eindringen.)
A Tectonic Tale Revealed
Wenn man sich die gesammelten Beweise ansieht, ist die wahrscheinliche Reihe von Ereignissen, die zur Bildung der Kruste unter dem Golf von Bengalen führten, wie folgt:
1. Nach der Spaltung zwischen Indien und der Antarktis in der frühen Kreidezeit entwickelten sich die Bucht von Bengalen und das Enderby-Becken symmetrisch.
2. Vor etwa 120 Millionen Jahren führte ein Sprung nach Norden im östlichen Teil des Ausbreitungszentrums zur Schaffung eines neuen Ozeans. Dieser neue Ozean öffnete sich südlich des zentralen Ausbreitungszentrums, das entlang einer Linie lag, die durch die Rajmahal- und Sylhet-Fallen definiert wurde, und die neue Ozeankruste liegt dem bengalischen Becken, einschließlich Bangladesch, sowie dem östlichen Becken des Golfs von Bengalen zugrunde.
3. Der Sprung im Ausbreitungszentrum riss das angestammte Kerguelen-Plateau von der indischen Platte und verlegte es auf die antarktische Platte. Dieses Plateau war später der Ort ausgedehnter Lavaablagerungen, aber es behielt seine Basis der indischen kontinentalen Kruste.
4. Der Sprung erzeugte auch einen Transformationsfehler, der die beiden Segmente des Risses verband. Dieser Transformationsfehler wird durch eine negative Gravitationsanomalie an Land im heutigen Ostindien und auf See am 85 ° O-Kamm abgegrenzt.
Mit dieser ausgearbeiteten Sequenz wurden viele Fragen beantwortet, die Wissenschaftler, die diesen Bereich untersuchen, verwirrt haben. Wie bei vielen guten Detektivgeschichten bleiben jedoch Details ungelöst – die in der 85 ° E-Bruchzone beobachtete negative Schwerkraftanomalie muss beispielsweise noch erfolgreich erklärt werden. Vielleicht werden zukünftige Untersuchungen auch weiterhin neue Einblicke in die faszinierende und komplexe Geologie dieser Region geben.