Kontinental-Scan zeigt US-Underbelly

Ein Kontinent-großer Scan von Nordamerika gibt Forschern den schärfsten Blick auf geheimnisvolle geologische Strukturen unterhalb der USA.

Die beeindruckende Ansicht stammt von einem ehrgeizigen Experiment namens EarthScope, das das Land von Kalifornien nach Maine mit Hunderten von tragbaren Seismometern gescannt hat. (Der nächste Halt ist Alaska.) Der gewaltige Versuch, der im Jahr 2004 gestartet wurde, hat bereits neue Details über die Geologie der westlichen und zentralen Vereinigten Staaten, wie zum Beispiel die Form der Yellowstone-Magma-Wolke, offenbart. Nach einer Studie, die am 15. Oktober in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, beginnen nun die ersten klaren Bilder des gesamten Kontinents zu entstehen.

"Das war der Traum von Anfang an", sagte Brandon Schmandt, Leitautor und Seismologe an der Universität von New Mexico in Albuquerque.

Der EarthScope-Prozess ähnelt dem Einrasten eines CT-Scans der Erde, wobei eine Außendienstmitarbeiter empfindliche Erdbebendetektoren über die Oberfläche bewegt und die Forscher ein Bild der darunter liegenden Gesteine ÔÇőÔÇőerstellen.

In der neuen Studie bauten Schmandt und sein Co-Autor Fan-Chi Lin von der University of Utah eine detaillierte 3D-Karte des Erdmantels auf, der die Gesteinsschicht zwischen Kruste und Kern darstellt. Die Ergebnisse könnten den Forschern helfen, einige lange geologische Rätsel zu lösen. Der Mantel ist nicht nur eine Zeitkapsel, die die Geschichte der abstürzenden tektonischen Platten bewahrt, sondern auch eine Kraft, die beeinflusst, was an der Oberfläche geschieht.

Tiefe Entdeckungen

Hinweise auf geologische Geheimnisse könnten im Mantel verborgen liegen, berichtet die Studie. Ein Mysterium ist, dass es in Virginia eine Handvoll 48 Millionen Jahre alte Vulkane gibt, als sich an der Ostküste seit etwa 200 Millionen Jahren keine vulkanischen Merkmale mehr gebildet haben.

Die Ostküste ist seit 200 Millionen Jahren ein passiver Rand ohne kollidierende tektonische Platten, so dass die Virginia-Vulkane ungewöhnliche Merkmale sind, sagte Schmandt. Aber es stellt sich heraus, dass der Mantel unter der Ostküste nicht so kalt und dicht ist, wie man es nach so vielen Jahrtausenden ohne Drängeln erwarten würde.

Die Forscher fanden alternierende Zonen innerhalb des Erdmantels, in denen Erdbebenwellen sich von schnell bewegenden und sich langsam bewegenden Geschwindigkeiten und zurück bewegen ... Dies unterscheidet sich von dem einheitlicheren Mantel unter den alten und tektonisch stabilen zentralen Vereinigten Staaten. (Erdbebenwellen beschleunigen und verlangsamen sich, wenn sie auf Felsen mit unterschiedlicher Temperatur, Dichte oder Zusammensetzung treffen.)

Das neue Modell zeigte, dass zwei der Orte, an denen sich die seismischen Wellen plötzlich verlangsamen, mit den geologischen Merkmalen auf der Erdoberfläche übereinstimmen. Einer befindet sich in den zentralen Appalachen, direkt unter den Virginia-Vulkanen. Die zweite, in den nördlichen Appalachen gelegen, reiht sich mit einem Feature namens Great Meteor Hotspot Track in Kanada, sagte Schmandt. Die Strecke ist eine Kette von zunehmend jüngeren Vulkanen, die in Kanada beginnt und sich in den Atlantischen Ozean erstreckt.

Weitere Arbeiten zu den Anomalien könnten erklären, warum Virginias seltene Vulkane auftauchten. Zum Beispiel sagte Schmandt, er sei beeindruckt, dass 50 Millionen Jahre später der Mantel unter den Vulkanen immer noch von dem Prozess verändert wird, der die Eruptionen ausgelöst hat. "Es ist ein wenig überraschend, diese starken Veränderungen an einem Ort zu sehen, der seit so langer Zeit ein passiver Spielraum ist", sagte Schmandt gegenüber Live Science.

Im Süden sticht ein rätselhafter Biss in den Appalachen, genannt Mississippi Embayment, im neuen Modell deutlich hervor. Die eckige Region der Bucht stößt nordwestlich des Mississippi-Deltas an. Geologen haben lange darüber gestritten, was die Embassage geschaffen hat, die unter kilometerweitem Mississippi-Schlamm verborgen ist.

Die neuen Daten deuten darauf hin, dass ein Stück Nordamerika vor langer Zeit herausgerissen und später durch ein anderes Stück abgelöst wurde, vielleicht ein Stück einer Inselkette ähnlich wie in Japan. "Es sieht wirklich wie eine andere Art von Lithosphäre darin aus", sagte Schmandt. Fragmente von Inseln und anderen Kontinenten, die nach Nordamerika eingeschlagen sind, können als heißere Mantelregionen jenseits der Umrisse des ursprünglichen Kontinents erscheinen.

Alte Geschichte

Einige der klarsten Formen in der neuen Mantelkarte sind antike Relikte. Frühere Studien haben gezeigt, dass Nordamerika über einem Friedhof für weggeworfene Stücke alten Meeresbodens steht. Die Stücke der ozeanischen Kruste (oder Platten) wurden in einer Subduktionszone vor der Westküste konsumiert. In einer Subduktionszone sinkt eine Platte unter die andere. "Es ist faszinierend, Platten zu sehen, die vor 10 bis 100 Millionen Jahren subduziert wurden", sagte Schmandt. "Es sagt uns, wie die treibenden Kräfte in der Vergangenheit waren."

Aber unter Nordamerika sinken die Krustenplatten nicht so, wie es die Wissenschaftler dachten. Schmandt und Lin entdeckten Fragmente der alten ozeanischen Kruste in etwa 500 km Tiefe unter dem mittleren und östlichen Vereinigten Staaten, während jüngere Teile der ozeanischen Kruste fast doppelt so tief unter die westlichen Vereinigten Staaten fielen. Die Forscher vermuten, dass ein großes Stück ozeanischer Kruste, das vor mehr als 40 Millionen Jahren subduziert wurde, in mehrere große Fragmente zerbrach, von denen mindestens zwei zusammenbrachen.

"Es ist eine gute Herausforderung, herauszufinden, wie die dort angekommen sind und ob sie wichtigen Ereignissen an der Oberfläche entsprechen", sagte Schmandt.

Anmerkung der Redaktion: Diese Geschichte wurde am 4. Dezember aktualisiert, um die Zugehörigkeit von Brandon Schmandt zu korrigieren.

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