to opowieść o geologii sądowej—o próbach uporządkowania starożytnej historii skorupy pod Bangladeszem i Zatoką Bengalską, złożonym tektonicznie regionie, który od dziesięcioleci uwikłał naukowców, i o tym, jak jest połączony z obszarem tysiące kilometrów na południe. Podobnie jak w przypadku wielu dobrych kryminałów, ta dotyczy sprzecznych interpretacji niekompletnych dowodów, przypadkowych wskazówek, które ujawniły nowe spostrzeżenia, a ostatecznie sugerujemy przekonujące rozwiązanie, które rzuca światło na inne tajemnice.
Indie i Antarktyda są częścią dróg
historia zaczyna się, gdy Indie i Antarktyda—oba dawniej należące do superkontynentu Gondwana—rozdzieliły się od siebie we wczesnej kredzie, około 130 milionów lat temu. Ten podział nastąpił wzdłuż szczeliny, lub centrum rozprzestrzeniania się, w skorupie między tym, co jest obecnie wschodnimi Indiami a częścią Wschodniej Antarktydy. Gdy lądy się rozdzieliły, a Indie przyspieszyły na północ z prędkością około 3 centymetrów rocznie, Lawa wybuchła i ochłodziła się po obu stronach szczeliny, dając początek dorzeczu Enderby (u wybrzeży Ziemi Królowej Maud, Antarktyda) z jednej strony i Zatoce Bengalskiej z drugiej. Na początku skorupa po obu stronach szczeliny pod nowo utworzonymi basenami oceanicznymi zasadniczo odzwierciedlała to po drugiej stronie.
obszar Gondwany wraz z tym, co stanie się subkontynentem Indyjskim i przyległym do niego basenem oceanicznym stał się płytą indyjską. Region ten został podzielony przez centrum rozprzestrzeniania się z obszaru obejmującego Antarktydę i przylegający do niej basen oceaniczny, który stał się płytą Antarktyczną.
zagadkowe rozłączenie
ponieważ Lawa krzepnie w nowej skorupie oceanicznej, niektóre rodzaje minerałów zachowują sygnatury ziemskiego pola magnetycznego. Sygnatury te mogą być rejestrowane przez magnetometry holowane przez statki, a następnie wykorzystywane do określania wieku różnych części skorupy. Naukowcy dokonują tego ustalenia poprzez wnioskowanie wzoru magnetyzmu obserwowanego w skałach skorupy ziemskiej i wiązanie go ze znanym wzorem okresowych odwrotności ziemskiego pola magnetycznego.
ponieważ rozprzestrzenianie się dna morskiego i tworzenie się nowej skorupy są symetryczne po obu stronach ośrodka rozprzestrzeniania, wzory magnetyczne po każdej stronie są również symetryczne i tworzą lustrzane odbicia. W związku z tym spodziewano się, że obserwowany dziś wzór magnetyczny w Zatoce Bengalskiej będzie odzwierciedlał wzór w basenie Enderby, oddalonym o około 8000 kilometrów (Rysunek 1).
naukowcy z National Institute of Oceanography (NIO) w Goa w Indiach zastosowali metodę pomiaru magnetycznego do uzyskania wieku skorupy leżącej pod Zatoką Bengalską. W 1992 roku uruchomili ogromny program, holując magnetometr za statkiem badawczym NIO Sagar Kanya („Córka Oceanu”) wzdłuż sześciu torów o łącznej długości około 8200 kilometrów (Rysunek 2).
z tego wysiłku, Ramana et al. podaje się, że najstarsza skorupa pod zatoką miała około 130 milionów lat (zgodnie z początkiem rozłamu między Indiami a Antarktydą), podczas gdy najmłodsza skorupa miała około 120 milionów lat. Badacze ci zaobserwowali również, że otwieranie się i tworzenie nowej skorupy przebiegało nieprzerwanie bez żadnych przerw.
a validation of Ramana et al.wyniki można uzyskać, znajdując lustrzane odchylenia magnetyczne w basenie Enderby ’ ego. Jednak, gdy Gaina et al. opublikowane pomiary magnetyczne z basenu Enderby nie okazały się lustrzanym odbiciem wyników z Zatoki Bengalskiej, ani nie wykazały nieprzerwanego rozprzestrzeniania się. Wyniki zespołu Gaina opierały się na odczytach magnetycznych zebranych na trzech stosunkowo krótkich torach statków (w sumie około 1100 kilometrów) na południe od Elan Bank, zachodniej części Płaskowyżu Kerguelen (Rysunek 2). Wyniki te pokazały coś, co wydawało się być centrum rozprzestrzeniania się nie na granicy basenu Enderby, ale wewnątrz niego. Wzór ten był zupełnie inny od tego w Zatoce Bengalskiej i mógł powstać tylko przez gwałtowne przesunięcie lub skok centrum rozprzestrzeniania się.
pogodzenie niezgodnych pomiarów magnetycznych
różnica w interpretacji wzorów magnetycznych w obu basenach była zagadkowa. Co było poprawne? Interpretacja wzorców magnetycznych zwykle wiąże się z założeniami. Aby uzyskać interpretację wieku całej skorupy Zatoki Bengalskiej, Ramana et al. zakładał szybkość rozprzestrzeniania się, najbardziej odpowiednią część czasu odwrócenia magnetycznego do zastosowania i obecność stref pękania (które wypierają wzór magnetyczny). Ale błędne założenia mogą negować całe interpretacje.
Gaina i in. z drugiej strony, zajmując tylko część dorzecza Enderby, nie sformułował takich założeń. Fakt, że widzieli dokładną symetrię wzoru magnetycznego wokół szczeliny, wystarczył, aby uzasadnić obecność Skoku w centrum rozprzestrzeniania się i potwierdzić ich interpretację wzoru magnetycznego.
założenia Ramana et al. nie stanąłem do bliższy zbadanie. Powoływali się na zbyt wysokie współczynniki rozprzestrzeniania. Zakładali obecność stref złamania, które, jak się okazało, nie istnieją. Zignorowali też obecność grzbietu 85°E, ważnego elementu Zatoki Bengalskiej. Z tych powodów ich interpretacja wzoru magnetycznego i epoki skorupy ziemskiej w Zatoce Bengalskiej musiała zostać odrzucona.
jednak nadal pozostajemy z niewygodnym wnioskiem, że wzory magnetyczne w dwóch basenach są różne.
najbardziej prawdopodobny przebieg wydarzeń, które wymyśliliśmy, aby wyjaśnić tę geologiczną tajemnicę, przebiega następująco. Przez około 10 milionów lat po otwarciu się szczeliny między Indiami a Antarktydą, skorupa po obu stronach-w Zatoce Bengalskiej i w basenie Enderby-rzeczywiście tworzyła się symetrycznie zgodnie z oczekiwaniami, na co wskazują linie magnetyczne na rysunku po lewej stronie na rysunku 3.
ale w nieoczekiwanym skręcie, wschodnia część pierwotnego centrum rozprzestrzeniania się wydaje się skoczyć na północ w stosunku do zachodniej części centrum rozprzestrzeniania. Ta nowo przeniesiona szczelina musiała znajdować się dalej od Antarktydy i bliżej Indii. W miarę jak płyty indyjskie i Antarktyczne nadal się od siebie oddalały, rozprzestrzeniając się wzdłuż prejump wschodniej części oryginalnej szczeliny ustał. Ta zmiana pozostawiła po sobie reliktowy symetryczny wzór magnetyczny na południe od Elan Bank (Jak pokazano na rysunku po prawej stronie na rysunku 3), który wykryli Gaina i współpracownicy.
ta sekwencja zdarzeń stanowiła różne wyniki magnetyczne z Zatoki Bengalskiej i basenu Enderby, ale pozostały dwa duże pytania: Gdzie skończyła się wschodnia część centrum rozrzutu i dlaczego nastąpił skok?
Duże wskazówki w danych sprzed dziesięcioleci
wskazówka, która może pomóc rozwiązać te pytania, pochodziła z nieoczekiwanego źródła-giganta energetycznego Unocal. Unocal miał sejsmiczne rekordy odbicia zebrane przez niemieckiego wykonawcę Geofizycznego Prakla w 1960 roku. te zapisy wykazały cechy zwane seaward dipping reflectors (SDR), które reprezentują interfejsy między przeplatanymi warstwami materiału wulkanicznego i osadowego i są charakterystyczne dla pasywnych marginesów kontynentalnych wulkanicznych. (Obserwuje się je np. u wschodniego wybrzeża USA.) Ale dlaczego SDR występują na lądzie poniżej Bangladeszu, a nie blisko granicy kontynent-ocean?
odpowiedź na to pytanie pojawiła się, gdy Bert Bally, kolega z Rice University, zwrócił uwagę na artykuł o tektonice Bangladeszu autorstwa Lohmanna . Artykuł, opublikowany w Biuletynie szwajcarskiego Stowarzyszenia geologów i inżynierów naftowych, umknął naszemu wcześniejszemu zawiadomieniu, ale teraz dał nam główną wskazówkę o tym, gdzie wschodnia część centrum rozprzestrzeniania się skończyła po skoku. Szukaliśmy wcześniej niezwiązanych pułapek wulkanicznych.
fragment jednego z zapisów Unocal SDR i częściowe ilustracje dwóch linii odbicia z SDR są pokazane na fig.4, a fragmenty linii odbicia, w których wystąpiły SDR są pokazane na fig. 5. Rysunek 5 pokazuje również lokalizacje pułapek Rajmahal i Sylhet, dużych prowincji skał wulkanicznych, które powstały, gdy lavas zalała powierzchnię ziemi. Skały wchodzące w skład dwóch pułapek mają identyczne właściwości chemiczne i ten sam wiek 117,5 mln lat. Jednak bez przekonującego wyjaśnienia geologicznego, aby połączyć dwie prowincje, które są oddzielone setkami kilometrów, większość badaczy wierzyła, że pułapki Rajmahal i Sylhet pochodzą z oddzielnych erupcji. Ale pozycje SDR w odniesieniu do pułapek sugerowały nam możliwość innej interpretacji: że pułapki leżały wzdłuż ciągłej linii przeszłej aktywności wulkanicznej reprezentującej nieznane miejsce, do którego skoczył Wschodni koniec pierwotnego centrum rozprzestrzeniania.
potwierdzenie tego pomysłu pochodzi z innego pomiaru geofizycznego. Na pasywnych marginesach wulkanicznych SDR są związane ze skałami zawierającymi duże ilości minerałów magnetycznych, które powodują duże anomalie magnetyczne. Mapy pomiarów magnetycznych Bangladeszu wykazały, że taka anomalia rzeczywiście leży pomiędzy pułapkami Rajmahal i Sylhet. (Międzynarodowa granica jest odpowiedzialna za pozorną nieciągłość na obu końcach anomalii magnetycznej widocznej na rysunku 5, chociaż Mita Rajaram z indyjskiego Instytutu Geomagnetyzmu zapewnił nas, że anomalia kontynuuje pułapki po obu stronach.) Tak więc ciągłość anomalii magnetycznej wsparła nasze odkrycie przesuniętej linii otworu łączącej dwie pułapki (i prawdopodobnie rozciągającej się na wschód), o czym informowaliśmy w 2016 roku .
dlaczego Skok?
mamy teraz głębsze zrozumienie skorupy pod Zatoką Bengalską. Po tym, jak nowa szczelina uformowała się około 120 milionów lat temu, Płyta Indyjska nadal maszerowała na północ, podczas gdy nowy ocean otworzył się na południe od centrum rozprzestrzeniania się. Około 65 milionów lat później płyta Indyjska zderzyła się z Eurazją, podnosząc nowy łańcuch górski, Himalaje. W miarę jak Góry się wznosiły, zrzucały ogromne ilości erozji osadów, które zostały przeniesione przez dwie gigantyczne rzeki, Ganges i Brahmaputrę, do nowo powstałego Oceanu. Stopniowo osady te wypełniały część Oceanu-dziś ten wypełniony obszar jest znany jako Basen Bengalski, który obejmuje Bangladesz I część Wschodnioindyjskiego stanu Bengal. Bangladesz leży więc na dnie skorupy oceanicznej, a nie kontynentalnej, jak kiedyś zakładano. Na południe od basenu bengalskiego znajduje się dzisiejsza Zatoka Bengalska, która zawiera jeden z najgrubszych nagromadzeń osadów na świecie i jest nadal w trakcie wypełniania.
zagadka miała jeszcze jedno pytanie: dlaczego doszło do skoku? Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest rola skał wznoszących się z głębi płaszcza. Indie, po wczesnej kredzie oddzieliły się od Antarktydy i podczas marszu na północ, przeszły przez pióropusz Kerguelena. Pióropusze zawierają ciepłe skały, które wznoszą się od granicy rdzenia-płaszcza do skorupy. Ten wyporny materiał czasami wybucha jako Lawa na powierzchni. Kilku petrologów twierdziło, że materiał stanowiący pułapki Rajmahal i Sylhet nie pochodził bezpośrednio z pióropusza Kerguelena, ale raczej ciepło przenoszone przez pióropusz było odpowiedzialne za otwarcie szczeliny, która następnie dostarczała magmę w pułapkach. Sugerujemy, że ta nowa szczelina reprezentuje skok wschodniej części oryginalnej szczeliny.
jednocześnie ze skokiem, Lawa została osadzona na części indyjskiej płyty (pokazanej na Żółto na rysunku 3), która następnie oderwała się od niej. Ten oddzielony obszar obejmuje Płaskowyż Kerguelen i Elan Bank, obecnie część basenu Enderby (Rysunek 2). Po skoku i uruchomieniu nowego centrum rozlewu, zaprzestano rozwiercania wzdłuż wschodniej części pierwotnego centrum rozlewu (obecnie we wschodniej części basenu Enderby). To właśnie ten wymarły Ośrodek rozprzestrzeniania odkrył zespół Gainy. Tymczasem zachodnia część pierwotnego centrum rozrzutu nie przeskoczyła. W ten sposób pierwotny środek rozprzestrzeniania został podzielony na dwa segmenty połączone strefą złamania (błąd transformacji), jak pokazano na fig.3. Grzbiet 85°E na fig. 2 i ujemny Pasek anomalii na fig. 5 reprezentują tę strefę złamania.
Druga linia dowodów
pomiary magnetyczne nie są jedyną metodą stosowaną do określenia natury skorupy. Refrakcja sejsmiczna, w której mierzona jest prędkość fal sejsmicznych poruszających się przez skorupę i związana ze składem skał skorupy, jest również opłacalną metodą. Metoda ta może być również stosowana do określenia grubości skorupy.
doskonały eksperyment refrakcji został przeprowadzony przez Sibuet et al. , który zebrał dane o refrakcji sejsmicznej wzdłuż trzech torów na morzu Bangladeszu (Rysunek 6, po lewej). Wyniki takich eksperymentów są często pokazywane na wykresach, na których prędkość fal sejsmicznych w skorupie jest wykreślana na podstawie głębokości. Przykład tego typu wykresu jest widoczny na rysunku 6 (po prawej), który obejmuje wyniki z jednej ze stacji sejsmicznych używanych w Sibuet et al.badania. Na rysunku 6 pokazano również dane prędkości i głębokości określone w poprzednich badaniach dla fal sejsmicznych podróżujących przez różne obszary skorupy oceanicznej lub kontynentalnej.
skorupa oceaniczna jest zazwyczaj cieńsza niż skorupa kontynentalna, ale jest również gęstsza, więc prędkości sejsmiczne są wyższe. Sibuet i jego współpracownicy doszli do wniosku, że ponieważ ich wyniki wskazywały na grubą skorupę, w której zbierali dane z Bangladeszu, skorupa musi być pochodzenia kontynentalnego, mimo że prędkość sejsmiczna była znacznie wyższa niż oczekiwano dla skorupy kontynentalnej.
ale Eldholm i Grue wykazali na podstawie danych z innych pasywnych marginesów wulkanicznych, że nowo utworzona skorupa oceaniczna może być znacznie grubsza niż normalnie. W rzeczywistości średnia krzywa prędkości i głębokości, którą ustalili dla nowej skorupy oceanicznej wzdłuż marginesów wulkanicznych, była całkowicie zbieżna z Sibuet et al.krzywa (rys. 6). Tak więc, dane, które sibuet et al. wzięte do wskazania skorupy kontynentalnej od Bangladeszu faktycznie stanowią silne poparcie dla idei, że skorupa pod basenem bengalskim jest oceaniczna . (Należy jednak zauważyć, że Sibuet et al. nie zgadzaj się z naszą interpretacją. Sugerują zamiast tego, że ich krzywe prędkości i głębokości różnią się od krzywych prędkości i głębokości na pasywnych marginesach wulkanicznych i przypisują wyższe prędkości sejsmiczne skorupy wulkanicznym parapetom wchodzącym w skorupę kontynentalną.)
opowieść tektoniczna ujawniona
patrząc w sumie na zgromadzone dowody, prawdopodobna seria zdarzeń, które doprowadziły do powstania skorupy pod Zatoką Bengalską, wygląda następująco:
1. Po podziale Indii i Antarktydy we wczesnej kredzie, Zatoka Bengalska i basen Enderby ewoluowały symetrycznie.
2. Około 120 milionów lat temu skok na północ we wschodniej części centrum rozprzestrzeniania doprowadził do powstania nowego Oceanu. Ten nowy ocean otworzył się na południe od przeniesionego centrum rozprzestrzeniania, które leżało wzdłuż linii wyznaczonej przez pułapki Rajmahal i Sylhet, a nowa skorupa oceaniczna jest tym, co leży u podstaw basenu bengalskiego, w tym Bangladeszu, a także wschodniego basenu Zatoki Bengalskiej.
3. Skok w centrum rozprzestrzeniania wyrwał rodowy Płaskowyż Kerguelen z płyty indyjskiej i przeniósł go na płytę Antarktyczną. Płaskowyż ten był później miejscem rozległego odkładania się lawy, ale zachował swoją podstawę indyjskiej skorupy kontynentalnej.
4. Skok spowodował również uskok transformacyjny, który łączył dwa segmenty szczeliny. Ten uskok transformacyjny jest wyznaczany przez ujemną anomalię grawitacyjną na lądzie we współczesnych Indiach Wschodnich i na morzu na grzbiecie 85 ° E.
po opracowaniu tej sekwencji odpowiedziano na wiele pytań, które zakłopotały naukowców badających ten obszar. Jednak, podobnie jak w przypadku wielu dobrych kryminałów, istnieją szczegóły, które pozostają nierozwiązane—ujemna anomalia grawitacyjna zaobserwowana w strefie złamania 85°E nie została jeszcze pomyślnie wyjaśniona, na przykład. Być może przyszłe badania będą nadal ujawniać nowe spojrzenie na fascynującą i złożoną geologię tego regionu.