Introduction to Oceanography

admin 0 Comments Articles

Introduction to Oceanography

Divergentit laattarajat ovat levittäytymisrajoja, joilla syntyy uutta valtameren kuorta täyttämään tilaa laattojen liikkuessa erilleen. Useimmat divergenssirajat sijaitsevat valtameren keskiosien valtameriharjanteiden varrella (vaikkakin jotkut ovat maalla). Valtameren keskiosien harjujärjestelmä on jättiläismäinen merenalainen vuorijono, ja se on maapallon suurin geologinen ilmiö. Se on 65 000 km pitkä ja noin 1000 km leveä, ja se kattaa 23 % maapallon pinnasta (kuva 4.5.1). Koska mannerlaattojen rajalle muodostunut uusi kuori on lämpimämpää kuin ympäröivä kuori, sen tiheys on alhaisempi, joten se asettuu korkeammalle manttelin päälle, mikä synnyttää vuoristoketjun. Keskimerenharjun keskellä kulkee 25-50 km leveä ja 1 km syvä repeämälaakso. Vaikka valtamerten levittäytymisharjut näyttävät olevan kaarevia piirteitä Maan pinnalla, itse asiassa harjut koostuvat sarjasta suoraviivaisia segmenttejä, joiden välillä on kohtisuorassa harjuun nähden kohtisuorassa olevia vikoja, niin sanottuja muutosvikoja. Nämä muuntautumishalkeamat saavat valtameren keskiosien harjujärjestelmän näyttämään jättimäiseltä vetoketjulta merenpohjassa (kuva 4.5.2). Kuten luvussa 4.7 nähdään, kahden vierekkäisen harjusegmentin väliset liikkeet muuntumahalkeamia pitkin aiheuttavat monia maanjäristyksiä.

Levittäytymisrajalla syntyvä kuorimateriaali on aina luonteeltaan valtamerellistä; toisin sanoen se on magmakiveä (esim. basalttia tai gabroa, jossa on runsaasti ferromagnesia sisältäviä kivennäisaineita), joka on muodostunut magmasta, joka on peräisin manttelin osittaisesta sulatuksesta, joka aiheutuu dekompressiosta, kun syvyydeltään kuumaa manttelin kiviainesta siirretään pintaa kohti (kuva 4.5.3). Osittaisen sulamisen kolmionmuotoinen vyöhyke lähellä harjun harjaa on noin 60 km paksu, ja magman osuus on noin 10 % kallion tilavuudesta, jolloin syntyy noin 6 km paksu kuori. Tämä magma tihkuu merenpohjaan muodostaen tyynybasaltteja, breksioita (pirstoutunutta basalttikiveä) ja virtoja, jotka ovat joissakin tapauksissa sekoittuneet kalkkikiviin tai cherttiin. Ajan myötä valtamerenkuoren magmakivi peittyy sedimenttikerroksilla, joista lopulta muodostuu sedimenttikiveä.

Spreadingin oletetaan alkavan mantereen sisällä maankuoren kohoamisella tai kupruilulla, joka liittyy taustalla olevaan vaippapilveen tai vaippapilvien sarjaan. Mantelipilven materiaalin kelluvuus luo kuoren sisälle kupolin, joka aiheuttaa kuoren murtumisen. Kun suuren mantereen alla on useita vaippapilviä, syntyneet repeämät voivat kohdistua toisiinsa ja johtaa repeämälaakson muodostumiseen (kuten nykyinen Suuri repeämälaakso Itä-Afrikassa). On esitetty, että tämäntyyppinen laakso kehittyy lopulta lineaariseksi mereksi (kuten nykyinen Punainenmeri) ja lopulta valtamereksi (kuten Atlantti). On todennäköistä, että jopa 20 vaippapilveä, joista monet ovat edelleen olemassa, olivat vastuussa Pangaian repeytymisen käynnistymisestä nykyisen Keski-Atlantin selänteen varrella.

On olemassa useita todisteita, jotka osoittavat, että uusi valtameren kuori muodostuu näissä merenpohjan leviämiskeskuksissa:

1. Kuoren ikä:

Vertailemalla valtamerenkuoren ikää valtameren keskisen selänteen läheisyydessä voidaan havaita, että kuori on nuorinta juuri leviämiskeskuksessa ja vanhenee asteittain siirryttäessä kauemmas divergenssirajasta kumpaankin suuntaan, ikääntyen noin miljoona vuotta jokaista 20-40 km:n etäisyyttä kohti selänteestä. Lisäksi kuoren ikä on melko symmetrinen harjun molemmin puolin (kuva 4.5.4).

Vanhin valtameren kuori on noin 280 miljoonaa vuotta Välimeren itäpuolella, ja avomeren vanhimmat osat ovat noin 180 miljoonaa vuotta Pohjois-Atlantin molemmin puolin. Kun otetaan huomioon, että mantereisen kuoren osat ovat lähes 4 000 Ma:n ikäisiä, voi olla yllättävää, että vanhin merenpohja on alle 300 Ma:n ikäinen. Syynä tähän on tietenkin se, että kaikki tätä vanhempi merenpohja on joko subduktoitunut (ks. kohta 4.6) tai työntynyt ylöspäin ja tullut osaksi mannermaista kuorta. Kuten olettaa saattaa, valtameren kuori on hyvin nuorta levittäytymisharjanteiden läheisyydessä (kuva 4.5.4), ja merenpohjan leviämisnopeudessa on selviä eroja eri harjanteiden varrella. Tyynellämerellä ja Intian valtameren kaakkoisosassa sijaitsevilla selänteillä on leveät ikäkaistat, jotka viittaavat nopeaan leviämiseen (joillakin alueilla lähes 10 cm/vuosi kummallakin puolella), kun taas Atlantilla ja Intian valtameren länsiosassa sijaitsevat selänteet levittäytyvät paljon hitaammin (joillakin alueilla alle 2 cm/vuosi kummallakin puolella).

2. Sedimentin paksuus:

Seismisten heijastusluotausten (jotka ovat samanlaisia kuin kohdassa 1.4 kuvatut kaikuluotaukset) kehittymisen myötä tuli mahdolliseksi nähdä merenpohjan sedimenttien läpi ja kartoittaa kallioperän pinnanmuodostusta ja kuoren paksuutta. Näin ollen sedimenttien paksuudet voitiin kartoittaa, ja pian havaittiin, että vaikka sedimenttien paksuus oli jopa useita tuhansia metrejä lähellä mantereita, ne olivat suhteellisen ohuita – tai niitä ei ollut lainkaan – valtameren selännealueilla (kuva 4.5.5). Tämä on järkevää, kun se yhdistetään valtamerten kuoren ikää koskeviin tietoihin; mitä kauempana leviämiskeskuksesta kuori on, sitä vanhempi se on, sitä kauemmin sillä on ollut aikaa kerätä sedimenttiä ja sitä paksumpi sedimenttikerros on. Lisäksi pohjasedimenttikerrokset ovat sitä vanhempia, mitä kauemmas harjanteesta mennään, mikä viittaa siihen, että ne ovat kerrostuneet kuoreen kauan sitten, kun kuori muodostui harjanteen kohdalla.

3. Lämpövirtaukset:

Merenpohjan läpi tapahtuvan lämpövirtauksen nopeuksien mittaukset osoittivat, että nopeudet ovat keskimääräistä suurempia (noin 8x suurempia) harjujen varrella ja keskimääräistä pienempiä juoksuhauta-alueilla (noin 1/20 keskimääräisestä). Korkean lämpövirtauksen alueet korreloivat kuuman vaippamateriaalin konvektioon ylöspäin uuden kuoren muodostuessa, ja matalan lämpövirtauksen alueet korreloivat alaspäin suuntautuvaan konvektioon subduktiovyöhykkeillä.

4. Magneettiset käänteisvärähtelyt:

Luvussa 4.2 havaitsimme, että kivilajit voivat säilyttää magneettista informaatiota, jonka ne ovat saaneet muodostuessaan. Maan magneettikenttä ei kuitenkaan ole vakaa geologisen ajan kuluessa. Syistä, joita ei täysin ymmärretä, magneettikenttä hajoaa ajoittain ja palautuu sitten uudelleen. Kun magneettikenttä palautuu, se voi olla samansuuntainen kuin ennen sen hajoamista, tai se voi olla suunnattu käänteisellä napaisuudella. Käänteisen napaisuuden aikana kompassi osoittaa pohjoisen sijasta etelään. Viimeisen 250 miljoonan vuoden aikana on tapahtunut muutama sata magneettikentän kääntymistä, ja niiden ajoitus on ollut kaikkea muuta kuin säännöllinen. Lyhimmät niistä, jotka geologit ovat pystyneet määrittelemään, kestivät vain muutamia tuhansia vuosia, ja pisin kesti yli 30 miljoonaa vuotta liitukaudella (kuva 4.5.6). Nykyinen ”normaali” tapahtuma on kestänyt noin 780 000 vuotta.

Alkaen 1950-luvulta tutkijat alkoivat käyttää magnetometrilukemia tutkiessaan merenpohjan topografiaa. Ensimmäinen kattava magneettitietoaineisto koottiin vuonna 1958 alueelta Brittiläisen Kolumbian ja Washingtonin osavaltion rannikon edustalta. Tämä tutkimus paljasti salaperäisen kuvion, jossa merenpohjan kivissä vuorottelivat matalan ja korkean magneettisen voimakkuuden raidat (kuva 4.5.7). Myöhemmissä tutkimuksissa muualla valtameressä havaittiin myös näitä magneettisia anomalioita, ja mikä tärkeintä, se, että magneettiset kuviot ovat symmetrisiä valtameriharjanteisiin nähden. 1960-luvulla esitettiin niin sanotussa Vine-Matthews-Morleyn (VMM) hypoteesissa, että harjanteisiin liittyvät kuviot liittyivät magneettisiin käänteisilmiöihin ja että normaalitapahtuman aikana jäähtyvästä basaltista syntynyt valtamerenkuori olisi napaisuudeltaan nykyisen magneettikentän suuntainen, ja aiheuttaisi siten positiivisen anomalian (musta raita merenpohjan magneettisessa kartassa), kun taas käänteisen tapahtuman aikana syntyneen valtamerikuoren napaisuus olisi vastakkainen nykyiseen kenttään nähden ja aiheuttaisi siten negatiivisen magneettisen anomalian (valkoinen raita). Anomalioiden leveydet vaihtelivat eri harjuille ominaisten leviämisnopeuksien mukaan. Tätä prosessia havainnollistetaan kuvassa 4.5.8. Uusi kuori muodostuu (paneeli a) ja omaksuu nykyisen normaalin magneettisen polariteetin. Ajan mittaan, kun laattojen erkaantuminen jatkuu, magneettinen polariteetti kääntyy, ja harjanteelle muodostunut uusi kuori omaksuu nyt käänteisen polariteetin (valkoiset raidat kuvassa 4.5.8). Paneelissa b navat ovat palautuneet normaaleiksi, joten uudella kuorella on jälleen normaali polariteetti ennen kuin se siirtyy poispäin harjanteesta. Lopulta tämä synnyttää sarjan samansuuntaisia, vuorottelevia käänteisiä kaistoja, jotka ovat symmetrisiä leviämiskeskuksen ympärillä (paneeli c).

.