Reidar Trønnes, professor ved Naturhistorisk museum ved Universitetet i Oslo, holdt foredrag under Alfred Wegener-seminaret 8. februar. Tittelen på foredraget hans var «Jordas indre struktur og dynamikk – platedriften i et videre perspektiv»
Sammendrag
Dynamikken i en terrestrisk planet med flytende jernkjerne og fast steinmantel bestemmes i første rekke av mantelens viskositet og struktur. Den indre varmeutviklingen avtar sterkt etter et maksimum under planetveksten, da varmekildene omfattet radioaktivitet fra kortlevete isotoper (i første rekke 26Al), kollisjonsvarme, varmeutvikling knyttet til kjernesegregering og varme fra mantelens magmahav-krystallisering. For det tidlige Jorda-Månen-systemet med kort avstand til Månen og hurtig rotasjon var også tide-Jordsvarmen betydelig. Etter 100-500 Ma er varmeutviklingen en kontinuerlig lekkasje fra et etablert varmemagasin. Bidragene er radioaktivitet (særlig fra U, Th og K), krystallisering av en indre jernkjerne og varme fra langsom avkjøling.
Fordi konveksjon og varmeledning i fast stein er begrensende faktorer i forhold til varmetransport gjennom kjernen, og fordi tetthetskontrasten mellom kjerne og mantel opprettholder en stabil horisontal grenseflate, blir kjerne-mantel-overgangen et viktig termisk grenselag med høy temperaturgradient og konduktiv eller radiativ varmeoverføring. Koblingen mellom de adiabatiske gradientene i Jordas mantel og kjerne krever en temperaturøkning på ca. 1500℃ over de nederste 300-400 km i mantelen. Dette området, som kalles D»-sonen, er også karakterisert ved store laterale variasjoner i temperatur og materialer. I et slikt termisk grenselag vil det dannes oppdrifts-diapirer som leder til varme søylestrømmer gjennom mantelen.
For ca. 30 år siden oppdaget seismologene to store områder (300-400 km tykke og 2000-2500 km i diameter) under Afrika og Stillehavet der skjærbølgehastigheten er sterkt redusert. Disse to antipodale lavhastighetsområdene (LHO) nær ekvator består trolig av tungt og varmt materiale som blir stabilisert av Jordas rotasjon. Ved paleogeografisk relokalisering av de store basaltprovinsene med aldre på 16-297 Ma oppdaget den NGU-baserte geodynamikk-gruppen ledet av Trond Torsvik i perioden 2004-2008 at det varme oppstigende kildematerialet til de fleste av disse basaltprovinsene har oppstått som oppdriftsdiapirer langs LHO-yttergrensene. Erkjennelen av at LHO-ene er langtidsstabile var overraskene fordi de ligger i Jordas mest ekstreme termiske grenselag.
Mantelens stor-skala konveksjonsmøster omfatter synkende kalde bergarter, inkludert subdusert havbunnslithosfære, i et bredt diametralt belte rundt Stillehavet (gjennom nordpolen, øst-Asia, Australia, sørpolen, Sør- og Nord-Amerika) og stigende varm mantel over de to LHO-ene. Dette mønsteret kan i stor grad være styrt av de rotasjonsstabiliserte LHO-ene. En sfærisk harmonisk analyse viser at det observerte antipodale LHO-mønsteret har en meget sterk grad-2-karakter, i motsetning til modeller for masse-akkumulasjon av subdusert lithosfære i den nedre mantel som mangler en markert 2. grads topp (Dziewonski et al., 2010, EPSL). Dette indikerer at LHO-mønsteret er uavhengig av Pangea-posisjonen ved 300 Ma (over det afrikanske LHO) og den etterfølgende subduksjons-historien. Sannsynligheten for at LHO-mønsteret ble etablert allerede i Hadeikum er relativt stor, fordi dette var tiden for stor-skala smelting og krystallisering i de dype delene av mantelen. De tunge LHO-materialene kan stamme fra kumulater med høyt Fe/Mg-innhold fra sluttstadiet av magmahavkrystalliseringen eller intrusive laggang-komplekser nær 410-km-overgangen. Etter en periode med lokal termisk utjevning ville slike tunge magmatiske bergarter kunne synke til kjernegrensen. Det er også mulig at LHO-materialet er anriket på separerte basaltiske bergarter fra subdusert havbunnslithosfære.
Vår innsikt i Jordas indre struktur og dynamikk er øket betydelig i løpet av de siste 30-40 årene, og spesielt siden 2004. Denne fremgangen skyldes i stor grad mer utstrakt kommunikasjon og samarbeid mellom forskere i seismologi, mineralogi, geokjemi og geodynamikk og utvikling av forbedret instrumentell teknologi og superdatamaskiner. 2004-oppdagelsene av at Jordas mest utbredte mineral, Mg-perovskitt, gjennomgår en faseovergant (til post-perovskitt) nederst i mantelen og at det varme oppstigende kildematerialet til store basaltprovinser har utspring i oppdriftsdiapirer langs yttergrensene til LHO-ene har inspirert og vitalisert forskningen. Samtidige geokjemiske indikasjoner på eksitensen av langtids-isolerte mantelområder med materiale som har høyt innhold av grunnstoffer som foretrekker silikatsmelter fremfor mantelmineralene, har også bidratt til denne vitaliseringen. Selv om mange uavklarte forhold gjenstår, har vi nye utfordrende arbeidshypoteser som nå testes med et vidt spektrum av metoder.
Mer informasjon om dette emnet på:
http://folk.uio.no/rtronnes/Publ-pop-science-articles-Norw/Jordas-dype-indre/Naturen11-Jorda-dynam.pdf
http://folk.uio.no/rtronnes/Publ-pop-science-articles-Norw/Jordas-dype-indre/
