Maa kuum, gooey keskus ja selle külm, kõva väliskest on mõlemad vastutavad tektooniliste plaatide roomava (ja mõnikord ka katastroofilise) liikumise eest. Kuid nüüd näitavad uued uuringud intrigeerivat jõudude tasakaalu - eralduv vahevöö loob superkontinente, samal ajal kui koorik neid lahti rebib.
Plaaditektoonika protsessi kohta sellele järeldusele jõudmiseks lõid teadlased Maa uue arvutimudeli, mille koorikut ja vahevööt peetakse üheks õmblusteta süsteemiks. Aja jooksul ajendas umbes 60% tektoonilisest liikumisest selle virtuaalse planeedi pinnal üsna madalad jõud - pinna esimese 62 miili (100 kilomeetri) raadiuses. Vahevöö sügav, kloppiv konvektsioon ajas ülejäänud. Vahevöö muutus eriti oluliseks siis, kui mandrid koondati kokku, et moodustada superkontinendid, samas kui pinnapealsed jõud domineerisid, kui superkontinendid purunesid mudelis.
See "virtuaalne maa" on esimene arvutimudel, mis "vaatab" koore ja vahevöö omavahel ühendatud, dünaamilise süsteemina, teatasid teadlased ajakirjas Science Advances 30. oktoobril. Varem tegid teadlased vahevöös soojuspõhise konvektsiooni mudeleid, mis vastasid päris vahevöö vaatlustele üsna hästi, kuid ei jäljendanud koorikut. Ja kooriku plaaditektoonika mudelid võisid küll ennustada reaalmaailma vaatlusi selle kohta, kuidas need plaadid liiguvad, kuid ei varjatud vahevöö vaatlustega hästi. On selge, et midagi oli puudu sellest, et mudelid kahe süsteemi kokku panid.
"Konvektsioonimudelid olid vahevöö jaoks head, kuid mitte plaadid, ja plaatide tektoonika oli plaatide jaoks hea, kuid mitte mantli jaoks," ütles Pariisi PSL-i ülikooli kuuluva Ecole Normale Supérieure kraadiõppekooli professor Nicolas Coltice. "Ja kogu süsteemi arengu taga olev lugu on tagasiside nende kahe vahel."
Koorik ja vahevöö
Maa sisekujunduse igal klassikoolimudelil on õhuke kooriku kiht, mis sõidab vahevöö kuuma, deformeeruva kihi kohal. See lihtsustatud mudel võib jätta mulje, et koorik surfab lihtsalt vahevöös, seda liigutatakse ja seda põhjustavad allpool olevad seletamatud voolud.
Kuid see pole päris õige. Maateadlased on juba ammu teadnud, et koorik ja vahevöö on osa samast süsteemist; nad on vältimatult seotud. See arusaam on tõstatanud küsimuse, kas pinnal olevad jõud - näiteks ühe kooriku killu teise inimese allutamine - või vahevöös sügavalt tegutsevad jõud mõjutavad peamiselt kooriku moodustavate plaatide liikumist. Coltice ja tema kolleegid leidsid, et küsimus on halvasti esitatud. Kuna kaks kihti on nii läbi põimunud, annavad mõlemad oma panuse.
Viimase kahe aastakümne jooksul rääkisid Coltice Live Science'ile, et teadlased on töötanud arvutimudelite poole, mis võiksid kooriku-vahevöö interaktsioone realistlikult kajastada. 2000. aastate alguses töötasid mõned teadlased välja vahevöös soojust mõjutava liikumise (konvektsiooni) mudelid, mis loomulikult tekitasid midagi sellist, mis nägi pinnal välja nagu plaaditektoonika. Kuid need mudelid olid töömahukad ega saanud palju järeltööd, ütles Coltice.
Coltice ja tema kolleegid töötasid oma uue mudeliversiooni kallal kaheksa aastat. Ainuüksi simulatsiooni käivitamine võttis 9 kuud.
Maa mudeli ehitamine
Coltice ja tema meeskond pidid kõigepealt looma virtuaalse Maa, mis sisaldaks realistlikke parameetreid: kõike alates soojusvoogust kuni tektooniliste plaatide suuruseni kuni selle ajani, mis tavaliselt kulub superkontinentide moodustamiseks ja lagunemiseks.
Coltice ütles, et mudel ei ole Maa täiuslik miimika. Näiteks ei saa programm jälgida varasemat kivide deformatsiooni, seega pole varem deformeerunud kivimid tulevikus oma mudelis kergemini deformeeruda, nagu see võib päriselus juhtuda. Kuid mudel tootis ikkagi realistliku välimusega virtuaalset planeeti, mis sisaldas subduktsioonitsoone, mandri triivi ja ookeanilisi servi ning kaevikuid.
Lisaks sellele, et mandrite jõud domineerivad mandrite kokkusattumisel, leidsid teadlased, et magma kuumad kolonnid, mida nimetatakse vahevöödeks, pole peamine põhjus, miks mandrid lagunevad. Coltice ütles, et subduktsioonitsoonid, kus üks koorik on teise all sunnitud, on mandriosa lagunemise põhjustajad. Mantlite plätud tulevad mängu hiljem. Olemasolevad tõusvad punnid võivad jõuda pinnakivimiteni, mida on subduktsioonitsoonides loodud jõud nõrgendanud. Seejärel vihjavad nad end nendesse nõrgematesse kohtadesse, muutes superkontinendi tõenäolisemaks selles kohas mõra.
Järgmine samm, ütles Coltice, on mudeli ja reaalse maailma ühendamine vaatlustega. Tema sõnul võiks selle mudeli abil tulevikus uurida kõike alates peamistest vulkaanisündmustest kuni plaatide piiride kujunemiseni kuni vahevöö liikumiseni Maa pöörde suhtes.
