detta är en berättelse om rättsmedicinsk Geologi – att försöka reda ut den antika historien om skorpan under Bangladesh och Bengalbukten, en tektoniskt komplex region som har förvirrat forskare i årtionden och hur den är kopplad till ett område tusentals kilometer söderut. Som med många bra detektivhistorier innebär den här motstridiga tolkningar av ofullständiga bevis, slumpmässiga ledtrådar som avslöjade nya insikter, och i slutändan föreslår vi en övertygande upplösning som också belyser andra mysterier.
Indien och Antarktis Delvägar
historien börjar när Indien och Antarktis—båda tidigare en del av superkontinenten Gondwana—delade sig från varandra i början av krita, för cirka 130 miljoner år sedan. Denna splittring inträffade längs en rift, eller spridningscentrum, i skorpan mellan det som nu är östra Indien och en del av östra Antarktis. När landmassorna separerade, med Indien som rusade norrut med cirka 3 centimeter per år, utbröt lava och kyldes på båda sidor av riftet och födde Enderby-bassängen (utanför drottning Maud lands kust, Antarktis) på ena sidan och Bengalbukten på den andra. Tidigt speglade skorpan på vardera sidan av sprickan under de nybildade havsbassängerna väsentligen det på andra sidan.området Gondwana inklusive vad som skulle bli den indiska subkontinenten och dess intilliggande havsbassäng blev den indiska plattan. Denna region delades av spridningscentret från området inklusive Antarktis och dess intilliggande havsbassäng, som blev Antarktisplattan.
en förbryllande frånkoppling
när lava stelnar till ny havskorpa bevarar vissa typer av mineraler signaturer av jordens magnetfält. Dessa signaturer kan registreras av fartygsdragna magnetometrar och sedan användas för att bestämma åldrarna på olika delar av skorpan. Forskare gör denna bestämning genom att dra slutsatsen magnetismens mönster som ses i jordskorpans stenar och binda det till det kända mönstret av periodiska omkastningar av jordens magnetfält.eftersom havsbotten sprider sig och bildandet av ny skorpa är symmetriska på vardera sidan av ett spridningscentrum, är de magnetiska mönstren på varje sida också symmetriska och bildar spegelbilder av varandra. Således förväntades att det magnetiska mönstret i Bengalbukten som observerades idag skulle spegla mönstret i Enderby-bassängen, ungefär 8000 kilometer bort (Figur 1).
forskare vid National Institute of Oceanography (NIO) i Goa, Indien, använde den magnetiska mätmetoden för att få åldrar av skorpan som ligger bakom Bengalbukten. 1992 lanserade de ett massivt program och bogserade en magnetometer bakom NIO – forskningsfartyget Sagar Kanya (”Ocean Daughter”) längs sex spår på totalt cirka 8 200 kilometer (Figur 2).
från denna ansträngning, Ramana et al. rapporterade att den äldsta skorpan under viken var cirka 130 miljoner år gammal (i överensstämmelse med början av splittringen mellan Indien och Antarktis), Medan den yngsta skorpan var cirka 120 miljoner år gammal. Dessa forskare observerade också att öppningen och bildandet av ny skorpa fortsatte kontinuerligt utan några avbrott.
en validering av Ramana et al.resultaten kan göras genom att hitta magnetiska variationer i spegelbilden i Enderby-bassängen. Men när Gaina et al. publicerade magnetiska mätningar från Enderby Basin, de visade sig inte vara en spegelbild av resultaten från Bengalbukten, inte heller visade de oavbruten spridning. Gainas lags resultat baserades på magnetiska avläsningar samlade på tre relativt korta skeppsspår (totalt cirka 1100 kilometer) söder om Elan Bank, en västerländsk framträdande av Kerguelen Plateau (Figur 2). Dessa resultat visade vad som tycktes vara ett spridningscenter inte vid gränsen till Enderby-bassängen, men inom den. Detta mönster var helt annorlunda än det i Bengalbukten och kunde bara ha skapats genom ett snabbt skifte eller hopp av spridningscentret.
förena diskordanta magnetiska mätningar
skillnaden i tolkningen av de magnetiska mönstren i de två bassängerna var förbryllande. Vilket var korrekt? Att tolka magnetiska mönster innebär vanligtvis antaganden. För att härleda en ålder tolkning av hela skorpan i Bengalbukten, Ramana et al. hade antagit spridningshastigheter, den lämpligaste delen av den magnetiska reverseringstidsplanen att applicera och närvaron av sprickzoner (som förskjuter det magnetiska mönstret). Men felaktiga antaganden kan negera hela tolkningar.
Gaina et al. , å andra sidan, för att ta itu med endast en del av Enderby-bassängen, gjorde inga sådana antaganden. Det faktum att de såg exakt symmetri i det magnetiska mönstret runt en rift var tillräckligt för att motivera närvaron av ett hopp i spridningscentret och bekräfta deras tolkning av det magnetiska mönstret.
de antaganden som gjorts av Ramana et al. stod inte upp till närmare granskning. De hade åberopat spridningshastigheter som tycktes vara alltför höga. De hade antagit förekomsten av sprickzoner som det visade sig inte existerade. Och de hade ignorerat närvaron av 85 kubi e-åsen, ett viktigt inslag i Bengalbukten. Av dessa skäl måste deras tolkning av det magnetiska mönstret och skorpåldrarna i Bengalbukten avvisas.
men vi var fortfarande kvar med den obekväma slutsatsen att de magnetiska mönstren i de två bassängerna var olika.
den mest troliga händelseförloppet som vi kom fram till för att förklara detta geologiska mysterium fortsätter enligt följande. I cirka 10 miljoner år efter att klyftan mellan Indien och Antarktis öppnades, bildades skorpan på vardera sidan—i Bengalbukten och i Enderby—bassängen-symmetriskt som förväntat, vilket indikeras av de magnetiska linjerna i bilden till vänster i Figur 3.
men i en oväntad vridning verkar den östra delen av det ursprungliga spridningscentret ha hoppat norrut i förhållande till den västra delen av spridningscentret. Denna nyligen flyttade rift måste ha varit längre från Antarktis och närmare Indien. När de indiska och antarktiska plattorna fortsatte att röra sig isär, spred sig längs den östra delen av den ursprungliga Riften. Denna förändring lämnade ett reliksymmetriskt magnetiskt mönster söder om Elan Bank (som visas på bilden till höger i Figur 3), vilket är vad Gaina och kollegor upptäckte.
denna sekvens av händelser stod för de olika magnetiska resultaten från Bengalbukten och Enderby-bassängen, men två stora frågor kvarstod: Var hamnade den östra delen av spridningscentret, och varför inträffade hoppet?
stora ledtrådar i årtionden gamla Data
en ledtråd som kan hjälpa till att lösa dessa frågor kom från en oväntad källa—energijätten Unocal. Unocal hade seismiska reflektionsrekord samlade av den tyska geofysiska entreprenören Prakla på 1960-talet. dessa register visade funktioner som kallas Seaward dipping reflectors (SDR), som representerar gränssnitt mellan interspersed lager av vulkaniskt och sedimentärt material och är karakteristiska för vulkaniska passiva kontinentala marginaler. (De observeras till exempel utanför USA: s östkust.) Men varför skulle SDR inträffa på land under Bangladesh snarare än nära en kontinent-havsgräns?
ett svar på denna fråga uppstod när Bert Bally, en kollega vid Rice University, påpekade ett papper om Bangladeshs tektonik av Lohmann . Papperet, publicerat i Bulletin of the Swiss Association of Petroleum Geologists and Engineers, hade undgått vårt tidigare meddelande men gav oss nu en stor aning om var den östra delen av spridningscentret hade avvecklats efter hoppet. Vi tittade på tidigare oassocierade vulkaniska fällor.
ett fragment av en av de Unocal SDR-posterna och partiella illustrationer av två av reflektionslinjerna med SDR visas i Figur 4, och de delar av reflektionslinjerna där SDR inträffade anges i Figur 5. Figur 5 visar också platserna för Rajmahal och Sylhet fällor, stora provinser av vulkanisk sten som bildades när lavas översvämmade på jordens yta. Klipporna som utgör de två fällorna har identiska kemiska egenskaper och samma ålder av 117,5 miljoner år. Men utan en övertygande geologisk förklaring att ansluta de två provinserna, som är åtskilda av hundratals kilometer, de flesta utredare hade trott att Rajmahal och Sylhet fällor kom från separata utbrott. Men SDR: s positioner med avseende på fällorna föreslog oss möjligheten till en annan tolkning: att fällorna låg längs en kontinuerlig linje av tidigare vulkanaktivitet som representerar den okända platsen till vilken den östra änden av det ursprungliga spridningscentret hade hoppat.
bekräftelse av denna tanke kom från en annan geofysisk mätning. Vid passiva vulkaniska marginaler är SDR associerade med stenar som bär stora mängder magnetiska mineraler, vilket ger upphov till stora magnetiska anomalier. Magnetiska mätkartor över Bangladesh visade att en sådan anomali verkligen ligger mellan fällorna Rajmahal och Sylhet. (En internationell gräns är ansvarig för den uppenbara diskontinuiteten i vardera änden av den magnetiska anomali som ses i Figur 5, Även om Mita Rajaram från Indian Institute of Geomagnetism försäkrade oss om att anomali fortsätter till fällorna på vardera sidan.) Således stödde kontinuiteten i den magnetiska anomali vår upptäckt av den flyttade öppningslinjen som förbinder de två fällorna (och troligen sträcker sig österut), som vi rapporterade 2016 .
varför hoppet?
Vi hade nu en djupare förståelse av skorpan under Bengalbukten. Efter att den nya Riften bildades för ungefär 120 miljoner år sedan fortsatte den indiska plattan att marschera norrut medan ett nytt hav öppnade söder om spridningscentret. Cirka 65 miljoner år senare kolliderade den indiska plattan med Eurasien och lyfte upp en ny bergskedja, Himalaya. När bergen steg, kasta de enorma mängder eroderade sediment som transporterades av två jätte floder, Ganges och Brahmaputra, till det nybildade havet. Gradvis fyllde dessa sediment i en del av havet-idag är detta fyllda område känt som Bengalbassängen, som inkluderar Bangladesh och en del av den östra indiska staten Bengal. Bangladesh ligger således på en bädd av havskorpa, inte kontinental skorpa som en gång antogs. Söder om Bengalbassängen ligger dagens Bengalbukt, som innehåller en av de tjockaste ansamlingarna av sediment i världen och är fortfarande i färd med att fylla på.
mysteriet hade fortfarande en långvarig fråga: Varför inträffade hoppet? Den mest troliga förklaringen åberopar en roll för rock rising from deep in the mantle. Indien, efter dess tidiga krita splittring från Antarktis och under dess marsch norrut, passerade över Kerguelen plume. Plumes innehåller varm sten som stiger från kärnmantelgränsen till skorpan. Detta flytande material bryter ibland ut som lava vid ytan. Flera petrologer har hävdat att materialet som utgör fällorna Rajmahal och Sylhet inte kom direkt från Kerguelen plume, men snarare var värme som transporterades av plume ansvarig för att öppna en rift som sedan levererade magma i fällorna. Vi föreslår att denna nya rift representerar hoppet i den östra delen av den ursprungliga Riften.samtidigt med hoppet deponerades lava över en del av den indiska plattan (visas i gult i Figur 3) som därefter lossnade från den. Detta fristående område omfattar Kerguelen Plateau och Elan Bank, nu en del av Enderby Basin (Figur 2). Efter hoppet och initieringen av det nya spridningscentret upphörde splittringen längs den östra delen av det ursprungliga spridningscentret (nu i östra Enderby-bassängen). Det var detta utdöda spridningscenter som Gainas team upptäckte. Den västra delen av det ursprungliga spridningscentret hoppade under tiden inte. Således delades det ursprungliga spridningscentret upp i två segment förbundna med en sprickzon (transformationsfel), vilket ses i Figur 3. 85-åsen e i Figur 2 och den negativa anomaliremsan i Figur 5 representerar denna sprickzon.
en andra Bevislinje
magnetiska mätningar är inte den enda metoden som används för att bestämma skorpans natur. Seismisk brytning, där hastigheten hos seismiska vågor som färdas genom skorpan mäts och relateras till skorpans bergarter, är också en livskraftig metod. Denna metod kan också användas för att bestämma skorpans tjocklek.
ett utmärkt brytningsexperiment utfördes av Sibuet et al. , som samlade seismiska brytningsdata längs tre spår offshore i Bangladesh (Figur 6, vänster). Resultat från sådana experiment visas ofta i grafer där hastigheten hos seismiska vågor i skorpan ritas mot djupet. Ett exempel på denna typ av tomt ses i Figur 6 (till höger), vilket inkluderar resultat från en av de seismiska stationerna som används i Sibuet et al.forskning. Visas också i Figur 6 är hastighetsdjupdata bestämda i tidigare forskning för seismiska vågor som reser genom olika områden av oceanisk eller kontinental skorpa.
havskorpan är vanligtvis tunnare än kontinentalskorpan, men den är också tätare, så seismiska hastigheter är högre. Sibuet och hans kollegor drog slutsatsen att eftersom deras resultat indikerade en tjock skorpa där de hade samlat in data från Bangladesh, måste skorpan där vara kontinentalt ursprung, även om den seismiska hastigheten var mycket högre än väntat för kontinentalskorpan.
men Eldholm och Grue hade med data från andra passiva vulkaniska marginaler visat att nybildad havskorpa kunde vara mycket tjockare än normalt. Faktiskt, den genomsnittliga hastighetsdjupskurvan som de bestämde för ny havskorpa längs vulkaniska marginaler sammanföll helt med Sibuet et al.kurvan (Figur 6). Således, de uppgifter som Sibuet et al. tog för att indikera kontinental skorpa utanför Bangladesh ger faktiskt starkt stöd för tanken att skorpan under Bengalbassängen är oceanisk . (Det är dock viktigt att notera att Sibuet et al. håller inte med vår tolkning. De föreslår istället att deras hastighetsdjupskurvor skiljer sig från hastighetsdjupskurvor vid passiva vulkaniska marginaler, och de tillskriver högre jordskorpans seismiska hastigheter till vulkaniska trösklar som tränger in i kontinentalskorpan.)
en tektonisk berättelse avslöjade
titta totalt på de bevis som ackumulerats, den troliga serien av händelser som ledde till bildandet av skorpan under Bengalbukten är följande:
1. Efter splittringen mellan Indien och Antarktis i början av krita utvecklades Bengalbukten och Enderby-bassängen symmetriskt.
2. För cirka 120 miljoner år sedan ledde ett nordligt hopp i den östra delen av spridningscentret till skapandet av ett nytt hav. Detta nya hav öppnade söder om det flyttade spridningscentret, som låg längs en linje definierad av fällorna Rajmahal och Sylhet, och den nya havskorpan är det som ligger till grund för Bengalbassängen, inklusive Bangladesh, liksom den östra bassängen i Bengalbukten.
3. Hoppet i spridningscentret slet förfädernas Kerguelen-platå från den indiska plattan och flyttade den till Antarktisplattan. Denna platå var därefter platsen för omfattande lavaavsättning, men den behöll sin bas av Indisk Kontinental skorpa.
4. Hoppet skapade också ett transformationsfel som kopplade de två segmenten av riftet. Detta transformationsfel avgränsas av en negativ gravitationsanomali på land i dagens östra Indien och till sjöss vid 85-åsen.
med denna sekvens utarbetad har många frågor som har förbryllade forskare som undersöker detta område besvarats. Men som med många bra detektivhistorier finns det detaljer kvar olösta-den negativa gravitationsanomali som observerats i 85 ml e-frakturzonen har ännu inte förklarats framgångsrikt, till exempel. Kanske framtida undersökningar kommer att fortsätta avslöja nya insikter i regionens fascinerande och komplexa Geologi.