Maan kuuma, gooey-keskus ja sen kylmä, kova ulkokuori ovat molemmat vastuussa tektonisten levyjen hiipivästä (ja joskus katastrofaalisesta) liikkeestä. Mutta nyt uusi tutkimus paljastaa kiehtovan voimatasapainon - tiivistyvä vaippa luo supermaanosia, kun taas kuori repii ne erilleen.
Tultuaan tähän johtopäätökseen levytektoniikan prosessista, tutkijat loivat uuden Maan tietokonemallin, jonka kuori ja vaippa pidetään yhtenä saumattomana järjestelmänä. Ajan myötä noin 60% tektonisesta liikkeestä tämän virtuaalisen planeetan pinnalla ajoi melko matalat voimat - 100 kilometrin etäisyydellä pinnasta. Vaipan syvä, kirpeä konvektio ajoi loput. Vaippa tuli erityisen tärkeäksi, kun maanosat työnnettiin yhteen muodostamaan superkontinenteja, kun taas matalat voimat hallitsivat superkontinenttien hajotessa mallissa.
Tämä "virtuaalimaapallo" on ensimmäinen tietokonemalli, joka "näkee" kuoren ja vaipan kytkettynä, dynaamisena järjestelmänä, tutkijat kertoivat 30. lokakuuta Science Advances -lehdessä. Aikaisemmin tutkijat tekivät vaipan lämpöä johtavan konvektiomallin, joka vastasi melko hyvin todellisen vaipan havaintoja, mutta ei jäljitellyt kuorta. Ja kuoressa olevat levytektoniset mallit pystyivät ennustamaan reaalimaailman havaintoja siitä, kuinka nämä levyt liikkuvat, mutta eivät olleet silmämääräisesti vaipan havaintojen kanssa. On selvää, että jotain puuttui siitä, että mallit yhdistivät kaksi järjestelmää.
"Konvektion mallit olivat hyviä vaipalle, mutta ei levyille, ja levytektoniikka oli hyvä levyille, mutta ei vaipolle", kertoi Nicolas Coltice, Ecole Normale Supérieure -oppilaitoksen professori, joka kuuluu PSL-yliopistoon Pariisissa. "Ja koko tarina järjestelmän kehityksen takana on palaute näiden kahden välillä."
Kuori plus vaippa
Jokaisessa maapallon luokkakoulumallissa on ohut kuorikerros, joka ratsastaa vaipan kuuman, muodonmuutoskerroksen yläpuolella. Tämä yksinkertaistettu malli saattaa antaa vaikutelman, että kuori vain surffaa vaipassa, liikkuu tällä tavalla ja että alla olevat selittämättömät virrat aiheuttavat sen.
Mutta se ei ole aivan oikein. Maan tutkijat ovat jo kauan tiedneet, että kuori ja vaippa ovat osa samaa järjestelmää; ne ovat väistämättä yhteydessä toisiinsa. Tämä ymmärrys on herättänyt kysymyksen siitä, johtavatko pinnassa olevat voimat - kuten yhden kuoren palat subduktion toisen alla - vai syvyydessä vaipan syvyydet, ensi sijassa kuoren muodostavien levyjen liikkeen. Coltice ja hänen kollegansa totesivat, että kysymys on huono. Koska nämä kaksi kerrosta ovat niin toisiinsa liittyneitä, molemmat antavat panoksensa.
Kahden viime vuosikymmenen aikana, Coltice kertoi Live Science -yritykselle, tutkijat ovat työskennelleet kohti tietokonemalleja, jotka voisivat edustaa kuoren vaipan vuorovaikutusta realistisesti. Jotkut tutkijat kehittivät 2000-luvun alkupuolella vaipan lämpölämpöisen liikkeen (konvektion) malleja, jotka luonnollisesti aiheuttivat jotain, joka näytti pinnalta levytektonisena. Mutta nuo mallit olivat työvoimavaltaisia eivätkä saaneet paljon seurantatöitä, Coltice sanoi.
Coltice ja hänen kollegansa työskentelivät kahdeksan vuotta mallien uuden version parissa. Pelkkä simulaation suorittaminen kesti 9 kuukautta.
Maan mallin rakentaminen
Colticen ja hänen tiiminsä oli ensin luotava virtuaalinen maa, täydellisinä realistisilla parametreilla: kaikkea lämpövirtauksesta tektonisten levyjen kokoon asti siihen aikaan, joka tyypillisesti kuluu superkontinenttien muodostumiseen ja hajoamiseen.
Coltice sanoi, että monella tapaa malli ei ole täydellinen maan jäljitelmä. Esimerkiksi, ohjelma ei seuraa aiempaa kallion muodonmuutosta, joten aikaisemmin muodonmuutoskivillä ei ole taipumusta muodonmuutos tulevaisuudessa helpommin, kuten tosielämässä saattaa tapahtua. Mutta malli tuotti silti realistisen näköisen virtuaaliplaneetan, täydellisenä subduktiovyöhykkeillä, mantereella tapahtuvilla ajo- ja valtameren harjuilla ja ojilla.
Sen lisäksi, että osoittivat, että vaippavoimat hallitsevat mantereiden kokoontuessa, tutkijat havaitsivat, että vaippamaiseiksi kutsutut magman kuumapylväät eivät ole tärkein syy mantereiden hajoamiseen. Subduktiovyöhykkeet, joissa yksi kuoripala pakotetaan toisen alle, ovat mantereen hajoamisen ajajia, Coltice sanoi. Vaippaputket tulevat peliin myöhemmin. Aikaisemmin nousevat plummit voivat saavuttaa pintakivet, joita subduktiovyöhykkeillä syntyneet voimat ovat heikentäneet. Sitten he lähtevät itsensä näihin heikompiin kohtiin, jolloin superkontinentin on todennäköisempi murtua kyseisessä paikassa.
Seuraava askel, Coltice sanoi, on yhdistää malli ja reaalimaailma havainnoin. Hänen mukaansa mallia voitaisiin tulevaisuudessa käyttää tutkimaan kaikkea suurista vulkaanista tapahtumista aina levyjen rajojen muodostumiseen vaipan liikkumiseen suhteessa Maan kiertoon.
