Die Kontinentalkonfigurationen der Erde haben sich im Laufe ihrer Jahrmilliarden Geschichte dramatisch verändert und nicht nur ihre Position auf dem Planeten verändert, sondern auch ihre Topographie, da die Ausdehnung und Kontraktion der Erdkruste Spuren in der Landschaft hinterlassen hat. Einige Bereiche der kontinentalen Kruste haben seit Beginn der Erdgeschichte eine langfristige Stabilität bewahrt, mit nur geringer Zerstörung durch tektonische Ereignisse oder Mantelkonvektion, sogenannte Kratone.
Aktuelle Forschung, veröffentlicht In Naturgeowissenschaftenhat die Mechanismen untersucht, durch die sich diese Kratone möglicherweise verformt haben, ein Prozess, der als Dekratonisierung bezeichnet wird.
Während Subduktion (wenn eine dichtere tektonische Platte unter die andere in den darunter liegenden Mantel gedrückt wird, wo sie schmilzt) und tiefe Mantelplumes (wenn ein Abschnitt des Mantels aufgrund seines Auftriebs an die Oberfläche steigt und die Kruste thermisch erodiert) vorgeschlagen wurden Mögliche Ursachen, die Mechanismen, die die Verformung und schließliche Zerstörung der Kratone der Erde vorantreiben, sind noch unklar.
Professor Shaofeng Liu von der China University of Geosciences und Kollegen haben den Zerfall eines bestimmten Kratons über einen Zeitraum von 200 Millionen Jahren untersucht.
Zu diesem Zweck betrachtete das Forschungsteam den Nordchinesischen Kraton (NCC) im westlichen Pazifik seit dem mittleren Mesozoikum (vor 168 Millionen Jahren, Ma) und nutzte dabei vierdimensionale Mantelströmungsmodelle des Platten-Mantel-Systems der Erde. Dazu gehörten Daten zur Entwicklung der Oberflächentopographie, zur Verformung der Lithosphäre (Kruste und oberster Mantel) und zur seismischen Tomographie (eine Technik, die seismische Wellen nutzt, um 3D-Modelle des Erdinneren zu erstellen).
Sie identifizierten zwei Phasen großer Veränderungen für das NCC, die im Laufe der Zeit zu seiner Verformung geführt haben. Anfänglich führte die Subduktion der flach eintauchenden ozeanischen Izanagi-Platte (Flachplattensubduktion) von Osten her zu einer Verdickung der übergeordneten NCC-Kruste der Eurasischen Platte, da diese durch die Kompression des Landes verkürzt wurde und topografische Höhen (d. h. Berge) bildete Gebirgszüge, deren äußerste Ausdehnung sich an der Oberfläche als das Taihang-Gebirge darstellt). Dies geschah aufgrund der schnellen Bewegung der Eurasischen Platte nach Osten.
Eine anschließende Phase des schnellen Zurückrollens der flachen Platte (wenn sich die subduzierende Platte wieder an die Oberfläche zurückzieht) führte zu einer Ausdehnung und Verdünnung der Lithosphäre um 26 % im Vergleich zu ihrer ursprünglichen Dicke. Dies resultierte daraus, dass sich die Bewegung des NCC von Osten nach Süden änderte und die Konvergenz der beiden Platten verlangsamte.
Rekonstruktion der Subduktion und Rollback flacher Platten im Nordchinesischen Kraton vor 180 bis 86 Millionen Jahren. Bildnachweis: Liu et al., 2024
Diese beiden Stadien ereigneten sich über Millionen von Jahren in mehreren Phasen, beginnend mit nordöstlich verlaufenden Überschiebungen (ältere Gesteine wurden über jüngere Gesteine geschoben) und transpressionalen Verwerfungen (horizontale Verschiebung von Gesteinen mit zusätzlicher Verkürzung senkrecht zur Bewegung) während des Jura und der frühen Kreidezeit (vom Beginn des Untersuchungszeitraums bei ~200 Ma bis 136 Ma).
Ab dem Jahr 136 Ma kam es zu mehreren Episoden der Krustenausdehnung, bevor diese in der späten Kreidezeit zwischen 93 und 80 Ma durch eine Kompression unterbrochen wurde und sich anschließend bis zum heutigen Tag weiter ausdehnte, was schließlich zum Zerfall des Kratons führte.
Um diese Ergebnisse zu validieren, erstellten die Wissenschaftler drei Strömungsmodelle, um die tektonische Geschichte der Region zu rekonstruieren, basierend auf Vorhersagen ihrer Strukturen in der heutigen Zeit und einem Vergleich mit seismischen Tomographiedaten.
Das validierte Flat-Slab-Rollback-Modell reproduzierte genau eine 4.000 km breite und bis zu 660 km tiefe Platte innerhalb der Mantelübergangszone, die schließlich einen großen Mantelkeil bildete.
Dieses Merkmal wird in den heute beobachteten vulkanischen Gesteinsaufzeichnungen belegt, wobei Karbonate aus der subduzierten Platte in den oberen Mantel zurückgeführt werden und den charakteristischen karbonisierten Peridotit bilden. Im Laufe von mehreren zehn Millionen Jahren verschwand dieser Mantelkeil schließlich, als die Erdplatte zurückrollte.
Die Dekratonisierung des NCC ist kein isoliertes Ereignis. Professor Liu geht davon aus, dass in anderen Regionen des Planeten ähnliche Prozesse mit lokalen Unterschieden stattgefunden haben könnten, und steht im Mittelpunkt weiterer Forschung.
„Der nordamerikanische Kraton, der südamerikanische Kraton und der Jangtse-Kraton in China haben möglicherweise eine ähnliche Verformung erfahren. Alle diese Kratons haben möglicherweise eine frühe Flachplatten-Subduktion erfahren. Im Jangtse-Kraton könnte es jedoch zu einer intensiven anschließenden Rollback-Subduktion gekommen sein. Im Gegensatz dazu könnte es zu einer starken Rollback-Subduktion gekommen sein. Der nordamerikanische Kraton erfuhr nach der Subduktion der Flachplatte einen Grabenrückgang, zeigte jedoch keinen nennenswerten Plattenrückgang.
Insgesamt zeigt diese Forschung, dass die Wahrscheinlichkeit einer Destabilisierung von Kratonen im Inneren des Kontinents geringer ist als in der Nähe von Plattengrenzen, die im Laufe der Zeit anfällig für Subduktions- und Rollback-Prozesse sein können.
„Die antike Lithosphäre kann auseinanderbrechen, und dieser Zerfall kann durch diese besondere Form der Subduktion in der Nähe ozeanischer Platten verursacht werden, die zeigt, wie sich die Kontinente im Laufe der Erdgeschichte entwickelt haben“, schließt Professor Liu.
Weitere Informationen:
Shaofeng Liu et al., Kratonverformung durch Subduktion und Rollback flacher Platten, Naturgeowissenschaften (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01513-2
© 2024 Science X Network