Zemes karstais, gooey centrs un tās aukstais, cietais ārējais apvalks ir atbildīgi par ložņu (un dažreiz arī katastrofālu) kustību tektonisko plātņu gadījumā. Bet tagad jaunie pētījumi atklāj intriģējošu spēku līdzsvaru - ozola apvalks rada superkontinentus, kamēr garoza tos šķeļ.
Lai nonāktu pie šī secinājuma par plātņu tektonikas procesu, zinātnieki izveidoja jaunu Zemes datoru modeli ar garozu un mantiju, kas tiek uzskatīta par vienu bezšuvju sistēmu. Laika gaitā apmēram 60% no tektoniskās kustības uz šīs virtuālās planētas virsmas tika virzīti diezgan sekli spēki - pirmajās 62 jūdzēs (100 kilometros) no virsmas. Dziļā, kuļīgā mantiņas konvekcija padzina pārējos. Apvalks kļuva īpaši nozīmīgs, kad kontinentus salika kopā, lai veidotu superkontinentus, savukārt seklie spēki dominēja, kad modelī sadalījās superkontinenti.
Šī "virtuālā zeme" ir pirmais datora modelis, kas garozu un mantiju "uztver" kā savstarpēji savienotu, dinamisku sistēmu, pētnieki ziņoja žurnāla Science Advances 30. oktobra žurnālā. Iepriekš pētnieki izgatavoja mantijas siltumkonvekcijas modeļus, kas diezgan labi atbilda patiesās mantijas novērojumiem, bet neatdarināja garoza. Un plātņu tektonikas modeļi garozā varēja paredzēt reālās pasaules novērojumus par to, kā šīs plāksnes pārvietojas, bet ne pārāk labi savienojās ar mantijas novērojumiem. Acīmredzami kaut kas pietrūka tādā veidā, ka modeļi salika abas sistēmas.
"Konvekcijas modeļi bija piemēroti mantijai, bet ne plāksnēm, un plākšņu tektonika bija laba plāksnēm, bet ne mantijai," sacīja Nikolā Koltiče, Ecole Normale Supérieure absolventu skolas profesore, kas ietilpst PSL Parīzē. "Un viss sistēmas evolūcijas stāsts ir atgriezeniskā saite starp abiem."
Garoza plus mantija
Katrā Zemes interjera klases skolā ir redzams plāns garozas slānis, kas brauc virs karstā, deformējamā mantijas slāņa. Šis vienkāršotais modelis var radīt iespaidu, ka garoza vienkārši pārvietojas mantijā, tiek pārvietota šādā veidā un to rada zemāk neizskaidrojamas straumes.
Bet tas nav gluži pareizi. Zemes zinātnieki jau sen zina, ka garoza un mantija ir vienas un tās pašas sistēmas daļa; tie ir neizbēgami saistīti. Šī izpratne ir izvirzījusi jautājumu par to, vai virspusē esošie spēki - piemēram, vienas garozas gabala pakļaušana citam - vai spēki dziļi mantijā galvenokārt veicina plākšņu kustību, kas veido garoza. Koltice un viņa kolēģi atbildēja, ka jautājums ir slikti uzdots. Tas ir tāpēc, ka divi slāņi ir tik savstarpēji saistīti, viņi abi sniedz ieguldījumu.
Pēdējo divu desmitgažu laikā Koltice pastāstīja Live Science, pētnieki ir strādājuši pie datoru modeļiem, kas reālistiski varētu attēlot garozas mantijas mijiedarbību. 2000. gadu sākumā daži zinātnieki izstrādāja apvalka kustības (konvekcijas) modeļus apvalkā, kas dabiski radīja kaut ko tādu, kas uz virsmas izskatījās kā plākšņu tektonika. Bet šie modeļi bija darbietilpīgi un nesaņēma daudz papildu darbu, sacīja Koltice.
Koltice un viņa kolēģi astoņus gadus strādāja pie savas jaunās modeļa versijas. Tikai simulācijas vadīšana vien aizņēma 9 mēnešus.
Zemes parauga veidošana
Kolticei un viņa komandai vispirms bija jāizveido virtuāla Zeme, komplektā ar reālistiskiem parametriem: viss, sākot no siltuma plūsmas līdz tektonisko plākšņu izmēram un beidzot ar laiku, kas parasti nepieciešams, lai superkontinenti veidotos un sadalītos.
Koltice sacīja, ka ir daudz veidu, kā modelis nav ideāls Zemes atdarinājums. Piemēram, programma neseko līdzi iepriekšējai klinšu deformācijai, tāpēc iežiem, kas iepriekš ir deformējušies, nākotnē nav raksturīga tā modeļa vieglāk deformēties, kā tas varētu būt reālajā dzīvē. Bet modelis joprojām radīja reālistiska izskata virtuālo planētu, kas papildināta ar subdukcijas zonām, kontinentālajām novirzēm un okeāna grēdām un tranšejām.
Papildus tam, ka tika parādīts, ka kontinentu apvienošanās laikā dominē mantijas spēki, pētnieki atklāja, ka karstās magmas kolonnas, ko sauc par mantijas plūmēm, nav galvenais iemesls, kāpēc kontinenti sadalās. Subdukcijas zonas, kur viena garozas gabals ir piespiests zem otra, ir kontinentālās sabrukšanas virzītājspēki, sacīja Koltice. Mantle plūmes stājas spēkā vēlāk. Iepriekš esošie pieaugošie plūdi var sasniegt virszemes ieži, kurus ir vājinājuši spēki, kas izveidoti subdukcijas zonās. Pēc tam viņi sevi iesaista šajos vājākajos punktos, padarot lielāku iespēju, ka superkontinents šajā vietā sašķīst.
Nākamais solis, sacīja Koltice, ir modeļa un reālās pasaules savienošana ar novērojumiem. Pēc viņa teiktā, modeli nākotnē varētu izmantot, lai izpētītu visu, sākot no lielākajiem vulkānisma notikumiem un beidzot ar to, kā veidojas plākšņu robežas, līdz mantijas kustībai attiecībā pret Zemes rotāciju.
