Geodynamisches Mantelströmungsmodell erklärt Verformung eines kontinentalen Krustenblocks in Nordchina

Kratone sind faszinierende und zugleich rätselhafte geologische Formationen. Kratone gelten als relativ stabile Teile der kontinentalen Erdkruste und sind seit Milliarden von Jahren weitgehend unverändert geblieben. Obwohl Kratone viele geologische Ereignisse überstanden haben, erleben einige eine Dekratonisierung – einen Prozess, der durch ihre Verformung und schließliche Zerstörung gekennzeichnet ist.

Beispielsweise ist bekannt, dass beim Nordchinesischen Kraton (NCC), einem alten kontinentalen Krustenblock, im Mesozoikum eine umfassende Dekratonisierung begonnen hat, was größtenteils auf tektonische und geochemische Veränderungen und die Destabilisierung seiner Basis (oder seines „Kiels“) zurückzuführen ist. Allerdings hat es sich mit den vorhandenen Techniken und dem aktuellen Verständnis als schwierig erwiesen, die Mechanismen hinter diesen komplexen geologischen Transformationen zu erklären.

In einer aktuellen Studie veröffentlicht In NaturgeowissenschaftenEin Forschungsteam unter der Leitung von Professor Shaofeng Liu von der China University of Geosciences (Peking) hat diese Wissenslücke erfolgreich geschlossen, indem es ein Rechenmodell entwickelt hat, das auf umfangreichen geologischen, geophysikalischen und empirischen geochemischen Daten basiert und die rätselhafte Verformung des NCC erklärt.

Konkret konzentriert sich das entwickelte Modell auf die Subduktion der Izanagi-Platte unter die Eurasische Platte, wo sich das NCC befindet, als Grund für die beobachtete Dekratonisierung.

Die Forscher verglichen mehrere mögliche subduzierte Plattengeometrien anhand der Erdbebenseismizität und der Beckenstratigraphie, um mögliche Rekonstruktionen einzugrenzen. Schließlich simulierten sie mithilfe ihres geodynamischen Mantelströmungsmodells das volle Ausmaß des Subduktionsprozesses und validierten die Vorhersagen empirisch.

Ihre Analyse erklärt die Dekratonisierung des NCC in drei Phasen. Zunächst durchlief die Izanagi-Platte eine erste Subduktion und glitt unter die Eurasische Platte. Anstatt jedoch nach unten vorzudringen, flachte die Izanagi-Platte ab und begann sich parallel zur Eurasischen Platte zu bewegen, ein Prozess, der Flachplattensubduktion genannt wird. Flüssigkeiten aus der subduzierten Platte veränderten den darüber liegenden Kiel des NCC und leiteten dessen Zerstörung ein. Darüber hinaus verursachten Quetschkräfte andere Verformungen wie Überschiebungen, Kratonverdickungen und Oberflächenanhebungen.

Interessanterweise kam es dann zu einem Rollback-Prozess, bei dem die subduzierte Platte wieder steiler wurde und tiefer unter die Eurasische Platte vordrang, die Grenzfläche zwischen oberem und unterem Mantel erreichte und eine horizontale Subduktion in die Mantelübergangszone durchlief. Dieser Rollback verursachte eine Dehnungsdeformation, die zu einer Ausdünnung der Lithosphäre und zur Bildung von Riftbecken mit topografischen Absenkungen der Oberfläche des Kratons führte.

Darüber hinaus entwickelte sich zwischen der vorrückenden Platte und dem Kraton ein großer Bereich des oberen Mantelmaterials, ein sogenannter „großer Mantelkeil“, der zu Konvektion führte, die zu intensiver Metasomatik und teilweisem Schmelzen sowie zu Erwärmung und Erosion an der Basis des Unterbodens führen kann -Kraton sowie Magmatismus.

Prof. Liu sagt: „Wir haben erfolgreich ein neues Mantelströmungsmodell entwickelt, das Flat-Slab- und Rollback-Subduktion einbezieht, das mit der geologischen Entwicklung der Oberfläche und der heutigen Mantel-Slab-Struktur übereinstimmt.“

„Interessanterweise kann unser validiertes Modell die Raum-Zeit-Dynamik und die topografische Reaktion der Mantelplattensubduktion im Laufe der Zeit effektiv beschreiben.“

Da Kratone Mineral- und Seltenerdelementvorkommen enthalten, die für technologische Anwendungen von immensem Wert sind, ist es sowohl aus akademischer als auch praktischer Sicht wichtig, den Lebenszyklus von Kratonen zu verstehen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden uns weitere Untersuchungen zur geologischen Geschichte unseres Planeten hoffentlich zu einem tieferen Verständnis geologischer Prozesse wie der Dekratonisierung führen und Wege in eine nachhaltigere Zukunft aufzeigen.