Dit is een verhaal over forensische geologie – over het uitzoeken van de oude geschiedenis van de korst onder Bangladesh en de Baai van Bengalen, een tektonisch complex gebied dat wetenschappers tientallen jaren heeft verward, en hoe het verbonden is met een gebied duizenden kilometers ten zuiden. Zoals met veel goede detectiveverhalen, gaat het hier om tegenstrijdige interpretaties van onvolledig bewijs, toevallige aanwijzingen die nieuwe inzichten onthulden, en, uiteindelijk, stellen we voor, een overtuigende oplossing die ook licht werpt op andere mysteries.het verhaal begint wanneer India en Antarctica—beide voorheen onderdeel van het supercontinent Gondwana—zich van elkaar splitsten in het vroege Krijt, ongeveer 130 miljoen jaar geleden. Deze splitsing vond plaats langs een kloof, of verspreidingscentrum, in de korst tussen wat nu Oost-India is en een deel van Oost-Antarctica. Toen de landmassa ‘ s zich scheidden, waarbij India met ongeveer 3 centimeter per jaar naar het noorden Reed, barstte lava uit en koelde af aan beide zijden van de slenk, waardoor het Enderby Basin (voor de kust van Queen Maud Land, Antarctica) aan de ene kant en de Baai van Bengalen aan de andere kant ontstond. Vroeger weerspiegelde de korst aan weerszijden van de slenk onder de nieuw gevormde oceaanbekkens die aan de andere kant.het gebied van Gondwana inclusief wat het Indische subcontinent zou worden en het aangrenzende oceaanbekken werd de Indische Plaat. Dit gebied werd verdeeld door het verspreidingscentrum van het gebied inclusief Antarctica en het aangrenzende oceaanbekken, dat de Antarctische plaat werd.
een raadselachtige ontkoppeling
naarmate lava in een nieuwe oceaankorst stolt, behouden bepaalde soorten mineralen de kenmerken van het aardmagnetisch veld. Deze signaturen kunnen worden geregistreerd door op schepen gesleepte magnetometers en vervolgens worden gebruikt om de leeftijden van verschillende delen van de korst te bepalen. Wetenschappers maken deze vaststelling door het patroon van magnetisme te afleiden dat in de aardkorst wordt gezien en het te koppelen aan het bekende patroon van periodieke omkeringen van het magnetische veld van de aarde.
omdat de zeebodem en de vorming van nieuwe korst symmetrisch zijn aan weerszijden van een verspreidingscentrum, zijn de magnetische patronen aan weerszijden ook symmetrisch en vormen ze spiegelbeelden van elkaar. Er werd dus verwacht dat het magnetische patroon in de Golf van Bengalen dat vandaag de dag wordt waargenomen het patroon zou weerspiegelen in het Enderby-bekken, ongeveer 8.000 kilometer verderop (figuur 1).
wetenschappers van het National Institute of Oceanography (NIO) in Goa, India, gebruikten de magnetische meetmethode om de leeftijd van de korst die aan de Baai van Bengalen ten grondslag ligt te bepalen. In 1992 lanceerden ze een enorm programma, waarbij ze een magnetometer sleepten achter het NIO onderzoeksschip Sagar Kanya (“Ocean Daughter”) langs zes tracks van in totaal zo ‘ n 8.200 kilometer (Figuur 2).
van deze inspanning, Ramana et al. rapporteerde dat de oudste korst onder de baai ongeveer 130 miljoen jaar oud was (in overeenstemming met het begin van de splitsing tussen India en Antarctica), terwijl de jongste korst ongeveer 120 miljoen jaar oud was. Deze onderzoekers merkten ook op dat de opening en de vorming van nieuwe korst continu zonder onderbrekingen verliep.
een validatie van Ramana et al.de resultaten kunnen worden gemaakt door het vinden van spiegelbeeld magnetische variaties in het Enderby Bassin. Echter, wanneer Gaina et al. gepubliceerde magnetische metingen uit Enderby Basin, ze bleken geen spiegelbeeld te zijn van de resultaten uit de Baai van Bengalen, noch vertoonden ze ononderbroken verspreiding. De resultaten van Gaina ‘ s team waren gebaseerd op magnetische metingen verzameld op drie relatief korte scheepssporen (in totaal ongeveer 1.100 kilometer) ten zuiden van Elan Bank, een westelijke saillant van het Kerguelen Plateau (Figuur 2). Deze resultaten lieten zien wat een verspreidingscentrum leek te zijn, niet aan de grens van het Enderby-bekken, maar daarbinnen. Dit patroon was heel anders dan dat in de Baai van Bengalen en kon alleen zijn ontstaan door een snelle verschuiving, of sprong, van het verspreidingscentrum.
discordante magnetische metingen verzoenen
het verschil in de interpretatie van de magnetische patronen in de twee bassins was raadselachtig. Wat was correct? Het interpreteren van magnetische patronen impliceert meestal het maken van veronderstellingen. Om een leeftijdsinterpretatie van de hele korst van de Baai van Bengalen af te leiden, Ramana et al. uitgaande van de spreidingssnelheden, het meest geschikte deel van de magnetische omkeertijdschaal dat moet worden toegepast, en de aanwezigheid van breukzones (die het magnetische patroon verdringen). Maar onjuiste veronderstellingen kunnen hele interpretaties teniet doen.
Gaina et al. aan de andere kant, bij het aanpakken van slechts een deel van het Enderby bekken, maakte geen dergelijke veronderstellingen. Het feit dat ze exacte symmetrie zagen in het magnetische patroon rond een scheur was genoeg om de aanwezigheid van een sprong in het verspreidingscentrum te rechtvaardigen en hun interpretatie van het magnetische patroon te bevestigen.
de veronderstellingen van Ramana et al. stond niet op voor nader onderzoek. Zij hadden een beroep gedaan op spreidingspercentages die veel te hoog leken te zijn. Ze hadden de aanwezigheid van breukzones aangenomen die, zo bleek, niet bestonden. En ze hadden de aanwezigheid van de 85°E Heuvelrug genegeerd, een belangrijk kenmerk van de Baai van Bengalen. Om deze redenen moest hun interpretatie van het magnetische patroon en de korsttijdperken in de Baai van Bengalen worden afgewezen.
echter, we bleven achter met de ongemakkelijke conclusie dat de magnetische patronen in de twee bassins verschillend waren.
de meest plausibele gang van zaken die we bedachten om dit geologische mysterie te verklaren verloopt als volgt. Ongeveer 10 miljoen jaar na de opening van de kloof tussen India en Antarctica vormde de korst aan weerszijden—in de Baai van Bengalen en in het Enderbybekken—inderdaad symmetrisch zoals verwacht, zoals blijkt uit de magnetische lijnen in de afbeelding links in Figuur 3.
maar in een onverwachte wending lijkt het oostelijke deel van het oorspronkelijke verspreidingscentrum noordwaarts te zijn gesprongen ten opzichte van het westelijke deel van het verspreidingscentrum. Deze nieuw verplaatste kloof moet verder van Antarctica en dichter bij India zijn geweest. Terwijl de Indische en Antarctische platen uit elkaar bleven bewegen, stopte het verspreiden langs het prejump oostelijke deel van de oorspronkelijke rift. Deze verandering liet een reliek symmetrisch magnetisch patroon achter ten zuiden van Elan Bank (zoals te zien is op de foto rechts in Figuur 3), Wat Gaina en collega ‘ s ontdekten.
deze opeenvolging van gebeurtenissen zorgde voor de verschillende magnetische resultaten van de Golf van Bengalen en het Enderby-bekken, maar er bleven twee grote vragen over: Waar kwam het oostelijke deel van het verspreidingscentrum terecht en waarom kwam de sprong?
Grote aanwijzingen in tientallen jaren oude gegevens
een aanwijzing die zou kunnen helpen deze vragen op te lossen kwam uit een onverwachte bron—de energiegigant Unocal. Unocal had seismische reflectie records verzameld door de Duitse geofysische aannemer Prakla in de jaren 1960. deze records toonden kenmerken genaamd seaward dipping reflectors (SDR ‘ s), die interfaces vertegenwoordigen tussen afgewisseld lagen van vulkanisch en sedimentair materiaal en zijn kenmerkend voor vulkanische passieve continentale marges. (Ze worden waargenomen, bijvoorbeeld, voor de Amerikaanse Oostkust. Maar waarom zouden SDR ‘ s voorkomen op land onder Bangladesh in plaats van dicht bij een continent-Oceaan grens?een antwoord op deze vraag kwam naar voren toen Bert Bally, een collega aan de Rice University, op een paper wees over de tektoniek van Bangladesh door Lohmann . Het artikel, gepubliceerd in het Bulletin van de Zwitserse vereniging van Petroleum geologen en ingenieurs, was ons eerder ontgaan, maar gaf ons nu een belangrijke aanwijzing over waar het oostelijke deel van het verspreidingscentrum was beland na de sprong. We keken naar voorheen niet-geassocieerde vulkanische vallen.
een fragment van een van de Unocale SDR-records en gedeeltelijke illustraties van twee van de reflectielijnen met SDR ’s zijn weergegeven in Figuur 4, en de delen van de reflectielijnen waar SDR’ s voorkwamen zijn aangegeven in Figuur 5. Figuur 5 toont ook de locaties van de Rajmahal en Sylhet Vallen, grote provincies van vulkanisch gesteente dat gevormd toen lava ‘ s overstroomd op het aardoppervlak. De stenen waaruit de twee vallen bestaan, hebben dezelfde chemische eigenschappen en zijn 117,5 miljoen jaar oud. Maar zonder een dwingende geologische verklaring om de twee provincies, die zijn gescheiden door honderden kilometers, de meeste onderzoekers hadden geloofd dat de Rajmahal en Sylhet Vallen kwamen uit afzonderlijke uitbarstingen. Maar de posities van de SDR ‘ s ten opzichte van de vallen suggereerden ons de mogelijkheid van een andere interpretatie: dat de vallen lagen langs een continue lijn van vulkanische activiteit in het verleden die de onbekende locatie vertegenwoordigen waarnaar het oostelijke uiteinde van het oorspronkelijke verspreidingscentrum was gesprongen.
bevestiging van dit idee kwam van een andere geofysische meting. Bij passieve vulkanische randen worden SDR ‘ s geassocieerd met rotsen die grote hoeveelheden magnetische mineralen bevatten, die aanleiding geven tot grote magnetische anomalieën. Magnetische meetkaarten van Bangladesh toonden aan dat een dergelijke anomalie inderdaad tussen de Rajmahal en Sylhet Vallen ligt. (Een internationale grens is verantwoordelijk voor de schijnbare discontinuïteit aan beide uiteinden van de magnetische anomalie gezien in Figuur 5, hoewel Mita Rajaram van het Indian Institute of Geomagnetism verzekerde ons dat de anomalie blijft tot aan de vallen aan beide zijden.) Dus, de continuïteit van de magnetische anomalie ondersteunde onze ontdekking van de verplaatste lijn van opening die de twee vallen verbindt (en waarschijnlijk naar het oosten uitstrekt), die we in 2016 rapporteerden .
waarom de sprong?
We hadden nu een dieper inzicht in de korst onder de Baai van Bengalen. Nadat de nieuwe rift zo ‘ n 120 miljoen jaar geleden gevormd was, bleef de Indische Plaat naar het noorden marcheren terwijl een nieuwe oceaan zich ten zuiden van het verspreidingscentrum opende. Ongeveer 65 miljoen jaar later botste de Indiase plaat met Eurazië, waardoor een nieuwe bergketen, de Himalaya, werd opgeheven. Terwijl de bergen opsteeg, werpen ze enorme hoeveelheden geërodeerde sedimenten af die door twee gigantische rivieren, de Ganges en de Brahmaputra, naar de nieuw gevormde Oceaan werden gedragen. Geleidelijk aan vulden deze sedimenten een deel van de oceaan-vandaag staat dit gevulde gebied bekend als het Bengaalse bekken, dat Bangladesh en een deel van de oostelijke Indiase staat Bengalen omvat. Bangladesh ligt dus op een bodem van oceanische korst, niet continentale korst zoals ooit werd aangenomen. Ten zuiden van het Bengaalse bekken is de huidige Baai van Bengalen, die een van de dikste ophopingen van sediment in de wereld bevat en is nog steeds in het proces van vullen.
Het mysterie had nog steeds een slepende vraag: waarom gebeurde de sprong? De meest waarschijnlijke verklaring roept een rol op voor rots die uit diep in de mantel opstijgt. India, na zijn vroege Krijt splitste van Antarctica en tijdens zijn mars naar het noorden, passeerde de Kerguelen pluim. Pluimen bevatten warm gesteente dat opstijgt van de kernmantel naar de korst. Dit drijvende materiaal barst af en toe als lava uit aan het oppervlak. Verschillende petrologen hebben betoogd dat het materiaal waaruit de Vallen Rajmahal en Sylhet zijn gemaakt niet rechtstreeks afkomstig was van de Kerguelen-pluim, maar dat de warmte die door de pluim wordt getransporteerd, verantwoordelijk was voor het openen van een scheur die vervolgens het magma in de vallen leverde. We stellen voor dat deze nieuwe scheur de sprong voorstelt van het oostelijke deel van de oorspronkelijke scheur.
gelijktijdig met de sprong werd lava afgezet over een deel van de Indische plaat (in geel weergegeven in Figuur 3) dat er vervolgens van Los kwam. Dit vrijstaande gebied bestaat uit het Kerguelen Plateau en de Elan Bank, nu onderdeel van het Enderby bekken (Figuur 2). Na de sprong en de inwijding van het nieuwe verspreidingscentrum stopte het scheuren langs het oostelijke deel van het oorspronkelijke verspreidingscentrum (nu in het oostelijke Enderby Basin). Het was dit uitgestorven verspreidingscentrum dat Gaina ‘ s team ontdekte. Het westelijke deel van het oorspronkelijke verspreidingscentrum sprong ondertussen niet. Zo werd het oorspronkelijke verspreidingscentrum opgesplitst in twee segmenten verbonden door een breukzone (transformatiefout), zoals te zien is in Figuur 3. De 85 ° E-Rand in Figuur 2 en de negatieve anomaliestrook in Figuur 5 vertegenwoordigen deze breukzone.
een tweede Bewijslijn
magnetische metingen zijn niet de enige methode die wordt gebruikt om de aard van de korst te bepalen. Seismische breking, waarbij de snelheid van seismische golven die door de aardkorst reizen wordt gemeten en gerelateerd is aan de samenstelling van de aardkorst, is ook een haalbare methode. Deze methode kan ook worden gebruikt om de dikte van de korst te bepalen.
een uitstekend brekingsexperiment werd uitgevoerd door Sibuet et al. , who seismische refractiegegevens verzameld langs drie sporen offshore van Bangladesh (Figuur 6, links). Resultaten van dergelijke experimenten worden vaak weergegeven in grafieken waarin de snelheid van seismische golven in de korst wordt uitgezet tegen diepte. Een voorbeeld van dit type perceel is te zien in Figuur 6 (rechts), waarin de resultaten van een van de seismische stations gebruikt in Sibuet et al.’s onderzoek. In Figuur 6 worden ook snelheidsdieptegegevens getoond die zijn bepaald in eerder onderzoek naar seismische golven die door verschillende gebieden van de oceanische of continentale korst reizen.
oceanische korst is meestal dunner dan continentale korst, maar is ook dichter, dus seismische snelheden zijn hoger. Sibuet en zijn collega ‘ s concludeerden dat omdat hun resultaten duiden op een dikke korst waar ze gegevens hadden verzameld in Bangladesh, de korst daar continentaal van oorsprong moet zijn, ook al was de seismische snelheid veel hoger dan verwacht voor continentale korst.
maar Eldholm en Grue hadden met gegevens van andere passieve vulkanische randen aangetoond dat nieuw gevormde oceaankorst veel dikker kon zijn dan normaal. In feite, de gemiddelde snelheid-dieptecurve die zij bepaalden voor nieuwe oceaankorst langs vulkanische randen was volledig samen met Sibuet et al.curve (Figuur 6). Dus, de gegevens die Sibuet et al. took to indicate continental crust off Bangladesh biedt een sterke ondersteuning voor het idee dat de korst onder het Bengaalse bekken oceanisch is . (Het is belangrijk op te merken, echter, dat Sibuet et al. ben het niet eens met onze interpretatie. In plaats daarvan suggereren ze dat hun snelheid-dieptecrommen verschillen van snelheid-dieptecrommen bij passieve vulkanische randen, en ze schrijven hogere aardkorst-seismische snelheden toe aan vulkanische dorpels die de continentale korst binnendringen.)
een tektonisch verhaal onthulde
Op basis van het verzamelde bewijsmateriaal is de waarschijnlijke reeks gebeurtenissen die hebben geleid tot de vorming van de korst onder de Golf van Bengalen als volgt:
1. Na de splitsing tussen India en Antarctica in het vroege Krijt, evolueerde de Baai van Bengalen en het Enderby bekken symmetrisch.
2. Ongeveer 120 miljoen jaar geleden leidde een sprong naar het noorden in het oostelijke deel van het verspreidingscentrum tot de creatie van een nieuwe oceaan. Deze nieuwe oceaan opende ten zuiden van het verplaatste verspreidingscentrum, dat langs een lijn lag die door de Rajmahal en Sylhet vallen werd bepaald, en de nieuwe oceaankorst is wat ten grondslag ligt aan het Bengaalse bekken, inclusief Bangladesh, evenals het oostelijke bekken van de Baai van Bengalen.
3. De sprong in het verspreidingscentrum scheurde het voorouderlijke Kerguelen Plateau van de Indische plaat en verplaatste het naar de Antarctische plaat. Dit plateau was later de plaats van uitgebreide lava-afzetting, maar het behield zijn basis van de Indiase continentale korst.
4. De sprong creëerde ook een transformatiefout die de twee segmenten van de scheur verbond. Deze transformatiefout wordt gekenmerkt door een negatieve zwaartekrachtanomalie op het land in het hedendaagse Oost-India en op zee op de 85 ° E-rug.
Met deze volgorde uitgewerkt, zijn veel vragen die wetenschappers hebben verbijsterd onderzoeken dit gebied beantwoord. Echter, zoals met veel goede detectiveverhalen, zijn er details onopgelost gebleven – de negatieve zwaartekrachtanomalie waargenomen in de breukzone van 85°E moet bijvoorbeeld nog met succes worden verklaard. Misschien zullen toekomstige onderzoeken doorgaan met het onthullen van nieuwe inzichten in de fascinerende en complexe geologie van deze regio.