Subduktion -Subduction

Diagram över den geologiska subduktionsprocessen

Subduktion är en geologisk process där den oceaniska litosfären och någon kontinental litosfär återvinns till jordens mantel vid konvergerande gränser . Där den oceaniska litosfären på en tektonisk platta konvergerar med den mindre täta litosfären på en andra platta, dyker den tyngre plattan under den andra plattan och sjunker in i manteln. En region där denna process inträffar är känd som en subduktionszon , och dess ytuttryck är känt som ett båg-trench-komplex . Subduktionsprocessen har skapat större delen av jordens kontinentala skorpa. Subduktionshastigheter mäts vanligtvis i centimeter per år, med konvergenshastigheter så höga som 11 cm/år.

Subduktion är möjlig eftersom den kalla oceaniska litosfären är något tätare än den underliggande astenosfären , det varma, duktila lagret i den övre manteln som ligger under den kalla, stela litosfären. När den väl har initierats, drivs stabil subduktion mestadels av den negativa flytkraften hos den täta subduktionslitosfären. Plattan sjunker ner i manteln till stor del under sin vikt .

Jordbävningar är vanliga längs subduktionszonen, och vätskor som släpps ut av subduktionsplattan utlöser vulkanism i den överordnade plattan. Om den subducerande plattan sjunker i en ytlig vinkel, utvecklar den överordnade plattan ett bälte av deformation som kännetecknas av jordskorpans förtjockning, bergsbyggnad och metamorfos. Subduktion i en brantare vinkel kännetecknas av bildandet av back-båge bassänger .

Subduktion och plattektonik

Juan de Fuca-plattan sjunker under Nordamerika-plattan vid Cascadia-subduktionszonen
Oceaniska plattor subduceras och skapar oceaniska diken .

Enligt teorin om plattektonik är jordens litosfär , dess stela yttre skal, uppdelad i sexton större tektoniska plattor och flera mindre plattor. Dessa plattor är i slow motion, främst på grund av dragkraften från subducerande litosfär. Sjunkande litosfär vid subduktionszoner är en del av konvektionsceller i den underliggande duktila manteln . Denna konvektionsprocess tillåter värme som genereras av radioaktivt sönderfall att fly från jordens inre.

Litosfären består av den yttersta lätta skorpan plus den översta stela delen av manteln . Oceanisk litosfär varierar i tjocklek från bara några km för unga litosfärer skapade vid åsar i mitten av oceanen till cirka 100 km (62 mi) för den äldsta oceaniska litosfären. Kontinental litosfär är upp till 200 km (120 mi) tjock. Litosfären är relativt kall och stel jämfört med den underliggande astenosfären , och så rör sig tektoniska plattor som fasta kroppar ovanpå astenosfären. Individuella plattor inkluderar ofta både regionerna i den oceaniska litosfären och den kontinentala litosfären.

Subduktionszoner är där den kalla oceaniska litosfären sjunker tillbaka i manteln och återvinns. De finns vid konvergerande plattgränser, där den oceaniska litosfären på en platta konvergerar med den mindre täta litosfären på en annan platta. Den tyngre oceaniska litosfären åsidosätts av den andra plattans framkant. Den åsidosatta plattan ( plattan ) sjunker i en vinkel på cirka 25 till 75 grader mot jordens yta. Denna sjunkning drivs av temperaturskillnaden mellan plattan och den omgivande astenosfären, eftersom den kallare oceaniska litosfären i genomsnitt har en större densitet. Sediment och en del fångat vatten förs nedåt av plattan och återvinns till den djupa manteln.

Jorden är hittills den enda planeten där subduktion är känt för att förekomma, och subduktionszoner är dess viktigaste tektoniska egenskap. Subduktion är drivkraften bakom plattektoniken , och utan den skulle plattektoniken inte kunna inträffa. Oceaniska subduktionszoner är belägna längs 55 000 km (34 000 mi) konvergenta plattmarginaler, nästan lika med den kumulativa plåtbildningshastigheten 60 000 km (37 000 mi) av åsar i mitten av havet.

Havsvatten sipprar in i oceanisk litosfär genom sprickor och porer och reagerar med mineraler i skorpan och manteln för att bilda vattenhaltiga mineraler (som serpentin) som lagrar vatten i sina kristallstrukturer. Vatten transporteras in i den djupa manteln via vattenhaltiga mineraler i subducerande plattor. Under subduktion kan en serie mineraler i dessa plattor, såsom serpentin , vara stabila vid olika tryck inom plattans geotermer och kan transportera betydande mängder vatten in i jordens inre. När plattor sjunker och värms upp kan frigjorda vätskor utlösa seismicitet och inducera smältning inom den subducerade plattan och i den överliggande mantelkilen. Denna typ av smältning koncentrerar selektivt flyktiga ämnen och transporterar dem in i den överliggande plattan. Om ett utbrott inträffar, returnerar cykeln sedan de flyktiga ämnena till haven och atmosfären

Struktur av subduktionszoner

Båggravskomplex

Ytuttrycket av subduktionszoner är båggravskomplex. På havssidan av komplexet, där subduktionsplattan först närmar sig subduktionszonen, finns det ofta ett yttre diket högt eller ett ytterdikedyning . Här grundar plattan något innan den faller nedåt, som en konsekvens av plattans styvhet. Den punkt där plattan börjar störta nedåt markeras av en havsgrav . Oceaniska diken är de djupaste delarna av havsbotten.

Bortom diket finns förarcdelen av den överordnade plattan. Beroende på sedimentationshastigheter kan förarket inkludera en ackretionär kil av sediment som skrapas av den subducerande plattan och ansamlas till den överordnade plattan. Dock har inte alla båggravskomplex en ackretionär kil. Accretionary bågar har en väl utvecklad frambåge bakom accretionary kilen, medan förarc bassängen är dåligt utvecklad i icke-accretionära bågar.

Bortom förarcbassängen finns vulkaner i långa kedjor som kallas vulkanbågar . Den subducerande basalten och sedimenten är normalt rika på vattenhaltiga mineraler och leror. Dessutom införs stora mängder vatten i sprickor och sprickor som skapas när den subducerande plattan böjs nedåt. Under övergången från basalt till eklogit bryts dessa vattenhaltiga material ner och producerar rikliga mängder vatten, som vid så högt tryck och temperatur existerar som en superkritisk vätska . Det superkritiska vattnet, som är hett och mer flytande än den omgivande bergarten, stiger upp i den överliggande manteln, där det sänker smälttemperaturen för mantelbergarten och genererar magma via flödessmältning . Magman i sin tur stiger som diapirer eftersom de är mindre täta än mantelns bergarter. Den mantelhärledda magman (som från början är basaltisk till sin sammansättning) kan i slutändan nå jordens yta, vilket resulterar i vulkanutbrott. Den kemiska sammansättningen av den utbrytande lavan beror på i vilken grad den mantelhärledda basalten interagerar med (smälter) av jordskorpan eller genomgår fraktionerad kristallisation . Bågvulkaner tenderar att producera farliga utbrott eftersom de är rika på vatten (från plattan och sediment) och tenderar att vara extremt explosiva. Krakatoa , Nevado del Ruiz och Vesuvius är alla exempel på bågvulkaner. Bågar är också förknippade med de flesta malmfyndigheter .

Bortom vulkanbågen finns en bakre bågeregion vars karaktär starkt beror på subduktionsvinkeln för den subducerande plattan. Där denna vinkel är ytlig, drar den subducerande plattan den överliggande kontinentala jordskorpan delvis med sig, vilket ger en zon av förkortning och jordskorpa förtjockning där det kan förekomma omfattande vikning och tryckförkastningar . Om subduktionsvinkeln blir brantare eller rullar tillbaka, kommer den övre plåtlitosfären att sättas i spänning istället, vilket ofta ger en bakbågsbassäng .

Djup struktur

Båggravskomplexet är ytuttrycket av en mycket djupare struktur. Även om de inte är direkt tillgängliga, kan de djupare delarna studeras med hjälp av geofysik och geokemi . Subduktionszoner definieras av en lutande zon av jordbävningar , Wadati-Benioff-zonen , som faller bort från diket och sträcker sig ner under vulkanbågen till den 660 kilometer långa diskontinuiteten . Subduktionszonjordbävningar inträffar på större djup (upp till 600 km (370 mi)) än någon annanstans på jorden (vanligtvis mindre än 20 km (12 mi) djup); sådana djupa jordbävningar kan drivas av djupa fastransformationer , termisk flykt eller uttorkningsförsprödning . Seismisk tomografi visar att vissa plattor kan penetrera den nedre manteln och sjunka klart till gränsen mellan kärna och mantel . Här kan resterna av plattorna så småningom värmas tillräckligt för att stiga tillbaka till ytan som mantelplymer .

Subduktionsvinkel

Subduktion sker vanligtvis i en måttligt brant vinkel när den är under vulkanbågen. Det är dock känt att avvikande grundare subduktionsvinklar finns såväl som några som är extremt branta.

  • Subduktion av platt platta (subduktionsvinkel mindre än 30°) inträffar när plattan subduceras nästan horisontellt. Den relativt platta plattan kan sträcka sig hundratals kilometer under den övre plattan. Denna geometri orsakas vanligtvis av subduktionen av flytande litosfär på grund av förtjockad skorpa eller varmare litosfär. Nyligen genomförda studier har också visat en stark korrelation att äldre och bredare subduktionszoner är relaterade till plattare subduktionsfall. Detta ger en förklaring till varför platt subduktion endast för närvarande förekommer i östra Stilla havet eftersom endast dessa regioner var gamla och breda nog för att stödja subduktion av plana plattor och varför Laramide platt subduktion och Sydkinesisk platt subduktion var möjliga. Hu föreslår slutligen att en kombination av subduktionsålder och plattans egenskaper ger den starkaste kontrollen över subduktionsdippar. Eftersom subduktion av plattor till djup är nödvändig för att driva subduktionszonvulkanism, kan subduktion av platt plattan åberopas för att förklara vulkaniska luckor .

Subduktion av platta plattor pågår under en del av Anderna , vilket orsakar segmentering av Andinska vulkanbältet i fyra zoner. Subduktionen av platta plattor i norra Peru och Norte Chico- regionen i Chile tros vara resultatet av subduktionen av två flytande aseismiska åsar, Nazca-ryggen respektive Juan Fernández-ryggen . Runt Taitao Peninsula platt-slab subduktion tillskrivs subduktionen av Chile Rise , en spridande ås .

Laramide Orogeny i Klippiga bergen i USA hänförs till subduktion av platta plattor. Under denna orogeni uppträdde en bred vulkanisk klyfta vid den sydvästra marginalen av Nordamerika, och deformation inträffade mycket längre in i landet; det var under denna tid som bergskedjorna med kärnor i källaren i Colorado, Utah, Wyoming, South Dakota och New Mexico kom till. De mest massiva jordbävningarna i subduktionszonen, så kallade "megabävningar", har visat sig inträffa i subduktionszoner med platta plattor.

  • Brantvinkelsubduktion (subduktionsvinkel större än 70°) förekommer i subduktionszoner där jordens oceaniska skorpa och litosfär är kalla och tjocka och därför har förlorat flytförmåga. Nyligen genomförda studier har också korrelerat branta vinklade subduktionszoner med yngre och mindre omfattande subduktionszoner. Detta skulle förklara varför de flesta moderna subduktionszoner är relativt branta. Den brantaste doppsubduktionszonen ligger i Mariangraven , som också är där den oceaniska litosfären från Jurassic -åldern är den äldsta på jorden med undantag för ofioliter . Brantvinkelsubduktion är, i motsats till subduktion med platt platta, associerad med bakåtbågsförlängning av den övre plattan, vilket skapar vulkaniska bågar och drar fragment av kontinental skorpa bort från kontinenter för att lämna bakom ett marginellt hav .

Livscykel för subduktionszoner

Initiering av subduktion

Även om stabil subduktion är ganska väl förstådd, förblir processen genom vilken subduktion initieras en fråga om diskussion och fortsatta studier. Subduktion kan börja spontant om den tätare oceaniska litosfären kan grunda och sjunka under den intilliggande oceaniska eller kontinentala litosfären endast genom vertikal forcering; alternativt kan befintliga plattrörelser inducera nya subduktionszoner genom att horisontellt tvinga den oceaniska litosfären att brista och sjunka in i astenosfären. Båda modellerna kan så småningom ge självuppehållande subduktionszoner, eftersom havsskorpan omvandlas på stort djup och blir tätare än de omgivande mantelklipporna. Sammanställningen av initieringshändelser för subduktionszoner tillbaka till 100 Ma föreslår horisontellt tvingad subduktionszoninitiering för de flesta moderna subduktionszoner, vilket stöds av resultat från numeriska modeller och geologiska studier. Vissa analoga modelleringar visar dock möjligheten till spontan subduktion från inneboende densitetsskillnader mellan två plattor på specifika platser som passiva marginaler och längs transformationsfel. Det finns bevis för att detta har ägt rum i subduktionssystemet Izu-Bonin-Mariana. Tidigare i jordens historia har subduktion sannolikt initierats utan horisontell forcering på grund av avsaknaden av relativ plattrörelse, även om ett förslag från A. Yin antyder att meteoritnedslag kan ha bidragit till subduktionsinitiering på tidig jord.

Slut på subduktion

Subduktion kan fortsätta så länge som den oceaniska litosfären rör sig in i subduktionszonen. Ankomsten av flytande litosfär till en subduktionszon kan emellertid resultera i ökad koppling vid diket och orsaka omorganisering av plattgränsen. Ankomsten av kontinental skorpa resulterar i en kollision eller terrängökning som kan störa subduktionen. Kontinentalskorpan kan sjunka till djup på 250 km (160 mi) där den kan nå en punkt utan återvändo. Sektioner av jordskorpan eller intraoceanisk bågskorpa som är större än 15 km (9,3 mi) i tjocklek eller oceanisk platå som är större än 30 km (19 mi) tjock kan störa subduktionen. Emellertid kan öbågar som subduceras i slutet orsaka endast lokala störningar, medan en båge som kommer parallellt med zonen kan stänga av den. Detta har hänt med Ontong Java Plateau och Vitiaz Trench.

Effekter

Metamorfism

Subduktionszoner är värd för en unik mängd bergarter som skapas av de högtrycks- och lågtemperaturförhållanden som en subduktionsplatta möter under sin nedstigning. De metamorfa förhållanden som plattan passerar genom i denna process skapar och förstör vattenförande (vattenhaltiga) mineralfaser och släpper ut vatten i manteln. Detta vatten sänker smältpunkten för mantelberget, vilket initierar smältning. Att förstå tidpunkten och förhållandena under vilka dessa uttorkningsreaktioner inträffar är nyckeln till att tolka mantelsmältning, vulkanbågsmagmatism och bildandet av kontinental skorpa.

En metamorf facies kännetecknas av en stabil mineralsammansättning specifik för ett tryck-temperaturområde och specifikt utgångsmaterial. Subduktionszonmetamorfism kännetecknas av en låg temperatur, högt ultrahögt tryck metamorf väg genom zeolit , prehnite-pumpellyite, blueschist och eklogitfacies stabilitetszoner av subducerad oceanisk skorpa. Zeolit- och prehnit-pumpellyit-facies-sammansättningar kan eller kanske inte är närvarande, sålunda kan början av metamorfism endast markeras av blueschist-facies-förhållanden. Subducerande plattor är sammansatta av basaltisk skorpa toppad med pelagiska sediment ; dock kan de pelagiska sedimenten ansamlas på den förbågshängande väggen och inte subduceras. De flesta metamorfa fasövergångar som inträffar inom den subducerande plattan föranleds av uttorkningen av vattenhaltiga mineralfaser. Nedbrytningen av vattenhaltiga mineralfaser sker vanligtvis på djup större än 10 km. Var och en av dessa metamorfa faser kännetecknas av närvaron av en specifik stabil mineralsammansättning, som registrerar de metamorfa förhållanden som genomgåtts men den subducerande plattan. Övergångar mellan facies gör att vattenhaltiga mineraler dehydreras vid vissa tryck-temperaturförhållanden och kan därför spåras till smältningshändelser i manteln under en vulkanbåge.

Bågmagmatism

Två typer av bågar observeras generellt på jorden: öbågar som bildas på den oceaniska litosfären (till exempel Mariana- och Tonga -öbågarna), och kontinentala bågar som Cascade Volcanic Arc , som bildas längs kontinenternas kust. Öbågar (intraoceaniska eller primitiva bågar) produceras genom subduktion av oceanisk litosfär under en annan oceanisk litosfär (ocean-ocean subduktion) medan kontinentala bågar (andiniska bågar) bildas under subduktionen av oceanisk litosfär under en kontinental subkontinenocean-ocean ( . Ett exempel på en vulkanbåge som har både ö- och kontinentalbågsektioner finns bakom subduktionszonen för Aleutian Trench i Alaska.

Vulkaner som uppstår ovanför subduktionszoner, som Mount St. Helens , Mount Etna och Mount Fuji , ligger ungefär hundra kilometer från diket i bågformade kedjor som kallas vulkanbågar . Plutoner, som Half Dome i Yosemite National Park, bildar i allmänhet 10–50 km under vulkanerna inom vulkanbågarna och är bara synliga på ytan när vulkanerna har vittrat bort. Vulkanismen och plutonismen uppstår som en konsekvens av att den subducerande oceaniska plattan torkar ut när den når högre tryck och temperaturer. När väl den oceaniska plattan når cirka 100 km djup blir vattenhaltiga mineraler instabila och släpper ut vätskor i astenosfären. Vätskorna fungerar som ett flöde för berget i astenosfären och får det att delvis smälta. Det delvis smälta materialet är mer flytande och kommer som ett resultat att stiga upp i litosfären, där det bildar stora magmakammare som kallas diapirer. En del av magman kommer att ta sig till jordskorpans yta där den kommer att bilda vulkaner och, om den får utbrott på jordens yta, kommer den att producera andesitisk lava. Magma som finns kvar i litosfären tillräckligt länge kommer att svalna och bilda plutoniska stenar som diorit, granodiorit och ibland granit.

Bågmagmatismen uppträder hundra till tvåhundra kilometer från diket och ungefär hundra kilometer ovanför den subducerande plattan. Bågar producerar cirka 10% av den totala volymen magma som produceras varje år på jorden (ungefär 0,75 kubikkilometer), mycket mindre än volymen som produceras vid åsar i mitten av havet, men de har bildat den mesta kontinentala skorpan . Bågvulkanism har störst inverkan på människor eftersom många bågvulkaner ligger över havet och får ett våldsamt utbrott. Aerosoler som injiceras i stratosfären under våldsamma utbrott kan orsaka snabb kylning av jordens klimat och påverka flygresor.

Arc-magmatism spelar en roll i jordens kolcykel genom att frigöra subducerat kol genom vulkaniska processer. Äldre teori säger att kolet från subduktionsplattan görs tillgängligt i överliggande magmatiska system via dekarbonering, där CO 2 frigörs genom silikat-karbonatmetamorfos. Emellertid har bevis från termodynamisk modellering visat att de tryck och temperaturer som är nödvändiga för denna typ av metamorfism är mycket högre än vad som observeras i de flesta subduktionszoner. Frezzoti et al. (2011) föreslår en annan mekanism för koltransport in i den överordnade plattan via upplösning (utsläpp av kol från kolhaltiga mineraler till en vattenlösning) istället för avkolning. Deras bevis kommer från en noggrann undersökning av mineral- och vätskeinneslutningar i lågtemperatur- (<600 °C) diamanter och granater som finns i en eklogitfas i Alperna. Inneslutningarnas kemi stödjer förekomsten av en kolrik vätska i den miljön, och ytterligare kemiska mätningar av lägre tryck och temperaturfacies i samma tektoniska komplex stödjer en modell för kolupplösning (snarare än avkolning) som ett medel för koltransport .

Jordbävningar och tsunamier

Global karta över subduktionszoner, med subducerade plattor konturerade av djup

Elastisk töjning orsakad av plattkonvergens i subduktionszoner producerar minst tre typer av jordbävningar. Dessa är djupa jordbävningar, megathrust-jordbävningar och yttre jordbävningar. Djupa jordbävningar inträffar i jordskorpan, megathrust-jordbävningar på subduktionsgränssnittet nära diket och yttre stigande jordbävningar på den subducerande nedre plattan när den böjer sig nära diket.

Onormalt djupa händelser är ett kännetecken för subduktionszoner, som producerar de djupaste skalven på planeten. Jordbävningar är i allmänhet begränsade till de grunda, spröda delarna av jordskorpan, vanligtvis på djup på mindre än tjugo kilometer. I subduktionszoner inträffar dock skalv på så stora djup som 700 km (430 mi). Dessa skalv definierar lutande zoner av seismicitet som kallas Wadati–Benioff-zoner som spårar den fallande plattan.

Nio av de tio största jordbävningarna under de senaste 100 åren var megathrust-jordbävningar i subduktionszonen. Dessa inkluderade den stora chilenska jordbävningen 1960 som vid M 9,5 var den största jordbävningen som någonsin registrerats, jordbävningen och tsunamin i Indiska oceanen 2004 och 2011 års jordbävning och tsunamin i Tōhoku . Subduktionen av kall oceanisk litosfär i manteln trycker ner den lokala geotermiska gradienten och orsakar att en större del av jordskorpan deformeras på ett mer skört sätt än det skulle göra i en normal geotermisk gradientmiljö. Eftersom jordbävningar bara kan inträffa när en sten deformeras på ett sprött sätt, kan subduktionszoner orsaka stora jordbävningar. Om ett sådant skalv orsakar snabb deformation av havsbotten finns det risk för tsunamier . Den största tsunamin som någonsin registrerats inträffade på grund av en mega-thrust jordbävning den 26 december 2004 . Jordbävningen orsakades av underkastning av den indo-australiska plattan under den euroasiatiska plattan, men tsunamin spred sig över större delen av planeten och ödelade områdena runt Indiska oceanen]]. Små skakningar som orsakar små, oskadliga tsunamier förekommer också ofta.

En studie publicerad 2016 föreslog en ny parameter för att bestämma en subduktionszons förmåga att generera megajordbävningar. Genom att undersöka subduktionszonens geometri och jämföra graden av den nedre plattans krökning av den subduktionsplattan i stora historiska jordbävningar som 2004 Sumatra-Andaman och 2011 Tōhoku-jordbävningen, fastställdes att storleken på jordbävningar i subduktionszoner är omvänt proportionell mot subduktionsvinkel nära diket, vilket betyder att "ju plattare kontakten är mellan de två plattorna, desto mer sannolikt är det att megajordbävningar kommer att inträffa".

Yttre jordbävningar på den nedre plattan inträffar när normala förkastningar mot havet från subduktionszonen aktiveras genom böjning av plattan när den böjer sig in i subduktionszonen. Jordbävningen i Samoa 2009 är ett exempel på denna typ av händelse. Förskjutning av havsbotten orsakade av denna händelse genererade en sex meter lång tsunami i närliggande Samoa.

Seismisk tomografi har hjälpt till att upptäcka subducerade litosfäriska plattor djupt i manteln där det inte finns några jordbävningar. Ett hundratal plattor har beskrivits i termer av djup och deras tidpunkt och placering av subduktion. De stora seismiska diskontinuiteterna i manteln, på 410 km (250 mi) djup och 670 km (420 mi), störs av nedstigningen av kalla plattor i djupa subduktionszoner. Vissa subducerade plattor tycks ha svårt att tränga igenom den stora diskontinuiteten som markerar gränsen mellan den övre och undre manteln på ett djup av cirka 670 kilometer. Andra subducerade oceaniska plattor har sjunkit till gränsen mellan kärnan och manteln på 2890 km djup. I allmänhet bromsar plattorna ner under sin nedstigning i manteln, från typiskt flera cm/år (upp till ~10 cm/år i vissa fall) vid subduktionszonen och i den översta manteln, till ~1 cm/år i den nedre manteln. Detta leder till antingen vikning eller stapling av plattor på dessa djup, synliga som förtjockade plattor i seismisk tomografi . Under ~1700 km kan det finnas en begränsad acceleration av plattor på grund av lägre viskositet som ett resultat av antagna mineralfasförändringar tills de närmar sig och slutligen stannar vid gränsen mellan kärnan och manteln . Här värms plattorna upp av omgivningsvärmen och detekteras inte längre ~300 Myr efter subduktion.

Orogeni

Orogeni är processen att bygga berg. Subducerande plattor kan leda till orogeni genom att bringa oceaniska öar, oceaniska platåer, sediment och passiva kontinentala marginaler till konvergerande marginaler. Materialet subduceras ofta inte med resten av plattan utan istället ansamlas till (skrapas av) kontinenten, vilket resulterar i exotiska terraner . Kollisionen av detta oceaniska material orsakar jordskorpans förtjockning och bergsbyggande. Det ackreterade materialet kallas ofta för en ackretionär kil eller prisma. Dessa ackretionära kilar kan associeras med ofioliter (upplyft havsskorpa som består av sediment, kuddbasalter, dukar, gabbro och peridotit).

Subduktion kan också orsaka orogeni utan att ta in oceaniskt material som ansamlas till den överordnade kontinenten. När den nedre plattan subduceras i en ytlig vinkel under en kontinent (något som kallas "flat-slab subduktion"), kan subduktionsplattan ha tillräckligt med dragkraft på botten av kontinentalplattan för att få den övre plattan att dra ihop sig genom att vikas, förkasta, skorpa förtjockning och bergsbyggnad. Subduktion av platt platta orsakar bergsbyggande och vulkanism som flyttar in på kontinenten, bort från diket, och har beskrivits i västra Nordamerika (dvs. Laramide-orogeni, och för närvarande i Alaska, Sydamerika och Östasien.

Processerna som beskrivs ovan tillåter subduktion att fortsätta medan bergsbyggande sker samtidigt, vilket står i motsats till kontinent-kontinent kollisionsorogeni, som ofta leder till att subduktionen upphör.

Subduktion av kontinental litosfär

Kontinenter dras in i subduktionszoner av den sjunkande oceaniska plattan de är fästa vid. Där kontinenter är fästa vid oceaniska plattor utan subduktion finns det en djup bassäng som samlar tjocka sviter av sedimentära och vulkaniska bergarter, och är känd som en passiv marginal. Vissa passiva marginaler har upp till 10 km sedimentära och vulkaniska bergarter som täcker den kontinentala skorpan. När en passiv marginal dras in i en subduktionszon av den fästa och negativt flytande oceaniska litosfären, skrapas det sedimentära och vulkaniska täcket mestadels av för att bilda en orogen kil. En orogen kil är större än de flesta accretionary wedges på grund av volymen material som ska ansamlas. De kontinentala källarklipporna under de svaga täcksviterna är starka och mestadels kalla, och kan underbyggas av ett >200 km tjockt lager av tät mantel. Efter att ha tappat lågdensitetstäckningsenheterna, går kontinentalplattan, särskilt om den är gammal, ner i subduktionszonen. När detta händer ökar metamorfa reaktioner tätheten av de kontinentala jordskorpbergarna, vilket leder till mindre flytkraft.

En studie av den aktiva Banda-båge-kontinentkollisionen hävdar att genom att avstapla bergskikten som en gång täckte den kontinentala källaren, men som nu trycks över varandra i den orogena kilen, och mäta hur långa de är, kan ge en minsta uppskattning av hur långt kontinenten har subtrat sig. Resultaten visar minst 229 kilometers subduktion av den norra australiensiska kontinentalplattan. Ett annat exempel kan vara Indiens fortsatta norrutgående rörelse, som subducerar under Asien. Kollisionen mellan de två kontinenterna inleddes för cirka 50 år sedan, men är fortfarande aktiv.

Båge-kontinentkollision och globalt klimat

I sin studie från 2019, Macdonald et al. föreslog att båge-kontinentkollisionszoner och den efterföljande obduktionen av oceanisk litosfär var åtminstone delvis ansvariga för att kontrollera det globala klimatet. Deras modell bygger på båge-kontinentkollision i tropiska zoner, där exponerade ofioliter som huvudsakligen består av maffiskt material ökar "global väderbeständighet" och resulterar i lagring av kol genom silikatvittringsprocesser. Denna lagring representerar en kolsänka , som tar bort kol från atmosfären och resulterar i global kylning. Deras studie korrelerar flera fanerozoiska ofiolitkomplex, inklusive aktiv bågekontinentsubduktion, med kända globala kylnings- och glaciationsperioder. Det är anmärkningsvärt att denna studie inte diskuterar Milankovitch-cykler som en drivkraft för global klimatcyklicitet.

Början av subduktion på jorden

Subduktion i modern stil kännetecknas av låga geotermiska gradienter och den tillhörande bildandet av högtrycks-lågtemperaturstenar som eklogit och blåskifer . Likaså indikerar stensammansättningar som kallas ofioliter , associerade med subduktion i modern stil, sådana förhållanden. Eklogit - xenoliter som hittats i norra Kinas kraton ger bevis för att subduktion i modern stil inträffade åtminstone så tidigt som för 1,8  Ga sedan under den paleoproterozoiska eran . Eklogiten själv producerades genom oceanisk subduktion under sammansättningen av superkontinenter vid cirka 1,9–2,0 Ga.

Blueschist är en sten som är typisk för dagens subduktionsmiljöer. Frånvaron av blueschist äldre än Neoproterozoic återspeglar mer magnesiumrika sammansättningar av jordens oceaniska skorpa under den perioden. Dessa mer magnesiumrika bergarter omvandlas till grönskiffer under förhållanden när moderna havsskorpa bergarter omvandlas till blåskifer. De gamla magnesiumrika stenarna betyder att jordens mantel en gång var varmare, men inte att subduktionsförhållandena var varmare. Tidigare ansågs bristen på pre-neoproterozoisk blueschist indikera en annan typ av subduktion. Båda bevislinjerna motbevisar tidigare föreställningar om subduktion i modern stil som initierades i den neoproterozoiska eran för 1,0 Ga sedan.

Utredningens historia

Harry Hammond Hess , som under andra världskriget tjänstgjorde i United States Navy Reserve och blev fascinerad av havsbotten, studerade Mid-Atlantic Ridge och föreslog att varm smält sten sattes till skorpan vid åsen och expanderade havsbotten utåt. Denna teori skulle bli känd som havsbottenspridning . Eftersom jordens omkrets inte har förändrats över geologisk tid drog Hess slutsatsen att äldre havsbotten måste konsumeras någon annanstans, och föreslog att denna process äger rum vid havsgravar , där jordskorpan skulle smältas och återvinnas till jordens mantel .

1964 undersökte George Plafker jordbävningen på långfredagen i Alaska . Han drog slutsatsen att orsaken till jordbävningen var en megathrust-reaktion i Aleutian Trench , ett resultat av Alaskas kontinentala jordskorpa som överlappade Stillahavsskorpan. Detta innebar att Stillahavsskorpan tvingades nedåt, eller subducerades , under Alaskaskorpan. Begreppet subduktion skulle spela en roll i utvecklingen av plattektonikteorin .

De första geologiska intygen om "subdukt"-orden dateras till 1970. På vanlig engelska är to subduct , or to subduce (från latin subducere , "att leda bort") transitiva verb som kräver att ett subjekt utför en handling på ett objekt som inte är sig självt, här den nedre plattan, som sedan har subducerats ("borttagen"). Den geologiska termen är "konsumerad", vilket inträffar i det geologiska ögonblicket som den nedre plattan glider under, även om den kan bestå under en tid tills dess omsmältning och försvinnande. I denna konceptuella modell förbrukas tallriken kontinuerligt. Subjektets, konsumentens eller konsumtionsagentens identitet lämnas ouppgiven. Vissa källor accepterar denna subjekt-objekt-konstruktion.

Geologi gör att subducera till ett intransitivt verb och ett reflexivt verb . Själva nedre plattan är ämnet. Den subducerar, i betydelsen reträtt, eller tar bort sig själv, och medan den gör det är den den "subducerande plattan". Dessutom är ordet platta specifikt kopplat till den "subducerande plattan", även om den övre plattan på engelska är lika mycket av en platta. Den övre plattan hänger så att säga. För att uttrycka det måste geologi byta till ett annat verb, vanligtvis för att åsidosätta . Den övre plattan, subjektet, utför handlingen att åsidosätta objektet, den nedre plattan, som åsidosätts.

Betydelse

Subduktionszoner är viktiga av flera skäl:

  • Subduktionszonens fysik: Sjunkande av den oceaniska litosfären (sediment, skorpa, mantel), genom kontrasten mellan densitet mellan den kalla och gamla litosfären och den heta astenosfäriska mantelkilen, är den starkaste kraften (men inte den enda) som behövs för att driva plattan rörelse och är det dominerande sättet för mantelkonvektion .
  • Subduktionszonens kemi: De subducerade sedimenten och skorpan dehydrerar och släpper ut vattenrika ( vattenhaltiga ) vätskor i den överliggande manteln, vilket orsakar mantelsmältning och fraktionering av element mellan ytan och djupa mantelreservoarerna, vilket producerar öbågar och kontinentalskorpa . Heta vätskor i subduktionszoner förändrar också mineralsammansättningarna i de subdukterande sedimenten och potentiellt sedimentens beboelighet för mikroorganismer.
  • Subduktionszoner drar ned subducerade oceaniska sediment, oceanisk skorpa och mantellitosfär som interagerar med den heta astenosfäriska manteln från den överordnade plattan för att producera kalk-alkaliska seriesmältor, malmavlagringar och kontinental skorpa.
  • Subduktionszoner utgör betydande hot mot liv, egendom, ekonomisk vitalitet, kultur- och naturresurser och livskvalitet. De enorma omfattningarna av jordbävningar och vulkanutbrott kan också få följdeffekter med global påverkan.

Subduktionszoner har också betraktats som möjliga slutförvaringsplatser för kärnavfall där subduktionens verkan i sig skulle föra materialet in i planetmanteln, säkert borta från eventuell påverkan på mänskligheten eller ytmiljön. Den metoden för bortskaffande är dock för närvarande förbjuden genom internationell överenskommelse. Dessutom är plattsubduktionszoner förknippade med mycket stora megathrust-jordbävningar , vilket gör effekterna av att använda någon specifik plats för bortskaffande oförutsägbara och möjligen negativa för säkerheten vid långtidsförvaring.

Se även

Referenser

Ytterligare läsning

externa länkar