Θέματα Γεωδυναμικής: 1. Πλαίσιο αναφοράς των θερμών κηλίδων: Ημιτονοειδής κίνηση δυτικής φοράς της λιθόσφαιρας. 2. Διαδικασίες βάθους συγκλινόντων πλακών (slabs).

Θέματα Γεωδυναμικής:

1.           Πλαίσιο αναφοράς των θερμών κηλίδων: Ημιτονοειδής κίνηση δυτικής φοράς της λιθόσφαιρας.

2.           Διαδικασίες βάθους συγκλινόντων πλακών (slabs).

(απαιτούνται γνώσεις Γεωδυναμικής)

1.Πλαίσιο αναφοράς των θερμών κηλίδων (hot spots): Ημιτονοειδής κίνηση δυτικής φοράς της λιθόσφαιρας.

Οι θερμές κηλίδες είναι στάσιμα, εντός των λιθοσφαιρικών πλακών μεγάλης διάρκειας δραστηριότητας, ηφαιστειακά κέντρα των οποίων η δημιουργία πιθανολογείται να οφείλεται σε ιδιαίτερα καυτές περιοχές στα βάθη του μανδύα. Τα επιφανειακά ίχνη τους είναι μακριές, στενές διαχρονικές ηφαιστειακές αλυσίδες, από τις οποίες συμπεραίνουμε ότι η λιθόσφαιρα κινείται πάνω από αυτές τις περιορισμένες χώρου και υποθετικά σταθερές πηγές. Αυτές μεταφέρουν μάγμα διαμέσου ανερχόμενων μανδυακών αναβρυσμάτων (plumes) σε διαπειρικές στήλες από το όριο μανδύα πυρήνα λόγω της θερμικής πλευστότητας* (buoyancy).

(*η διαφορά της πυκνότητας ενός υγρού ή «πακέτου» υγρών από την πυκνότητα του περιβάλλοντος αυτών υγρού:).

Οι θερμές κηλίδες είναι ανεξάρτητες και συνήθως απόμακρες από τα περιθώρια των λιθοσφαιρικών πλακών αν και είναι ένα σημαντικό στοιχείο της ανάδυσης του μανδύα. Περίπου το 10% της ροής λάβας του μανδύα μεταφέρεται μέσω των διαπειρικών στηλών οι οποίες οδηγούνται, βασικά, από την θερμότητα παρά από την ψύξη της επιφάνειας και την υποβύθισης της κρύας λιθόσφαιρας. Τα συσχετιζόμενα ηφαιστειακά κέντρα παράγουν μεγάλες ποσότητες λάβας και παρέχουν ένα σημείο αναφοράς (“ακίνητο”) για την μέτρηση της κινηματικής των λιθοσφαιρικών πλακών δεδομένου ότι οι θερμές κηλίδες διατηρούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εάν οι θερμές κηλίδες είναι επαρκώς σταθερές και σχεδόν ακριβείς στα σημεία απόληξης των διαπειρικών στηλών, τότε μπορούν να θεωρηθούν ότι αποτελούν ένα πλαίσιο αναφοράς για τον υπολογισμό της απόλυτης κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών. Με βάση αυτό το πλαίσιο  των θερμών κηλίδων, έχει εκτιμηθεί ένας μέσος όρος κίνησης του ρεύματος της λιθόσφαιρας, δυτικά, >50mm/έτος σε σχέση με την μανδυακή ασθενόσφαιρα. Αυτό το ρεύμα αντιπροσωπεύει, αφενός μία  μέση καθυστέρηση της λιθόσφαιρας σε σχέση με τις θερμές κηλίδες και αφετέρου, αντιστρόφως, μία σχετική ροή ανατολικής κατεύθυνσης της ασθενόσφαιρας σε σχέση με τη λιθόσφαιρα. Η περιστροφή του πλανήτη είναι πιθανό να συντελεί σ’ αυτόν τον όγκο ροής των ρευμάτων (ασθενοσφαιρικός “άνεμος”) και στη δυναμική του μανδύα.

Το δυτικής φοράς ρεύμα υποδηλώνει ότι οι λιθοσφαιρικές πλάκες έχουν μια καθορισμένη φορά κίνησης και δεν κινούνται τυχαία. Γεωφυσικές και γεωδαιτικές αναλύσεις κατέληξαν ότι κινούνται κατά μήκος ημιτονοειδών γραμμών ροής με διαφορετικές ταχύτητες δυτικής κατεύθυνσης. Επομένως οι λιθοσφαιρικές πλάκες είναι λίγο πολύ, μηχανικά, αποκολλημένες από τον μανδύα.

Ο βαθμός αποκόλλησης ελέγχεται από το πάχος και την σύνθεση της λιθόσφαιρας και/ή από το πάχος και το ιξώδες της υποκείμενης ασθενόσφαιρας καθώς επίσης και από τις εναλλακτικές παραλλαγές των τριών παραμέτρων.

Η παραπάνω λιθοσφαιρική καθυστέρηση σε σχέση με τον μανδύα δημιουργεί συνήθως μεγάλες δομικές ασσυμετρίες στις υποβυθιζόμενες  και ρηξιγενείς ζώνες καθώς επίσης η αθενοσφαιρική ροή φαίνεται πως επηρεάζει την κλίση και το βάθος των πλακών (slabs*):

-η κλίση της πλάκας θα είναι μεγάλη όταν είναι προσανατολισμένη αντίθετα στον ασθενοσφαιρικό “άνεμο”, ο οποίος ωθεί το πάνω όριο της πλάκας,

- η πλάκα θα έχει μικρή κλίση (θα βρίσκεται σε μικρό βάθος) όταν ευνοείται από τη φορά του ασθενοσφαιρικού “ανέμου”, ο οποίος αντισταθμίζει την τάση καταβύθισής της, με ώθηση στο κάτω όριο της πλάκας.(σχήμα).

* Στην αγγλόφωνη τεκτονική βιβλιογραφία χρησιμοποιείται ο όρος “slab” που υποδηλώνει το τμήμα ή κομμάτι της λιθοσφαιρικής πλάκας το οποίο περιλαμβάνει τα περιθώρια που αποκλίνουν ή συγκλίνουν ή ολισθαίνουν μεταξύ των. Στα ελληνικά αποδίδεται ως πλάκα ή μεγάλο κομμάτι. Στην περιγραφή του θέματός μας, ο εν λόγω όρος για να διακρίνεται από τον όρο “plate” θα αποδίδεται ως πλάκα χωρίς τον προσδιορισμό “λιθοσφαιρική ”.

Πάντως, υπάρχει αντίφαση μεταξύ της παραδοχής της σταθερότητας των θερμών κηλίδων, (η κίνησή των θεωρείται αμελητέα συγκρινόμενη με αυτή των λιθοσφαιρικών πλακών) και της πρότασης ότι προέρχονται από ενεργά δυναμικά μανδυακά ρεύματα μεταφοράς. Όντως, η εν εξελίξει αναγνώριση της κινητικότητας των θερμών κηλίδων και ότι κάποιες απ’ αυτές συνδέονται με ρηχά αναβρύσματα, οδηγεί σε ένα νέο πλαίσιο αναφοράς που στηρίζεται σε GPS δεδομένα.

2,Διαδικασίες βάθους συγκλινόντων πλακών (slabs).

Επαναφορά (rollback)

Όταν πλάκα αρνητικής πλευστότητας (σε σύγκριση με την ασθενόσφαιρα) είναι μεγάλη και βαριά ή προσκολλημένη στον μανδύα, βυθίζεται με γρηγορότερο ρυθμό απ’ αυτόν της συγκλίνουσας λιθοσφαιρικής πλάκας. Η βαρυτικά ασταθής πλάκα λαμβάνει μεγάλη κλίση (κρημνώδης) η οποία προκαλεί μετακίνηση της ζώνης άρθρωσης και της κύρτωσης εκεί όπου η πλάκα κάμπτεται μακριά από το τόξο. Η επαναφορά καταδεικνύει την προς τον ωκεανό υποχώρηση της τάφρου λόγω της βαρυτικής έλξης της πλάκας. Η επαναφορά της πλάκας και η προκύπτουσα υποχώρηση της τάφρου έχει δύο επιπτώσεις: 1) Προκαλεί εκτατικά επεισόδια στο συνολικό συγκλίνων καθεστώς  και 2) ξεκινά αλλαγές

στα περιθώρια της λιθοσφαιρικής.

Η ασθενόσφαιρα της εφιππεύουσας λιθοσφαιρικής πλάκας, ρέει προς την υποχωρούσα πλάκα, σε αντιστάθμιση του κενού που δημιούργησε, καθώς κινήθηκε δια μέσου του μανδύα όπως ένα κουπί κωπηλασίας. 

Αυτή η παθητική ροή παράγει μία δύναμη ώθησης η οποία έλκη την εφιππεύουσα λιθοσφαιρική πλάκα δημιουργώντας εφελκυσμό. Η επιταχυνόμενη επαναφορά προκαλεί αλλαγή από συμπίεση σε εφελκυσμό στο ολικό συγκλίνον περιβάλλον (το εκτατικό οπισθότοξο είναι ένα κλασσικό παράδειγμα). Η εφιππεύουσα λιθοσφαιρική έχει την τάση να διαχωρίζεται στο ενεργό τόξο, ενώ το εμπροσθότοξο τείνει να προσκολλάται στη μετακινούμενη τάφρο. Η διεργασία της επαναφοράς είναι ιδιαίτερα καταφανής στις ζώνες υποβύθισης δυτικής φοράς όπως των Μαριάνων, Μπαρμπέιντος, και των Απέννινων που συνδέονται με άνοιγμα οπισθότοξου.

Η ασθενόσφαιρα, που βρίσκεται κάτω από την επαναφερόμενη πλάκα, ρέει πάνω από αυτή δια μέσου των άκρων που εκκενώνονται κατά την επαναφορά ή μέσω διαρρήξεων (παραθύρων) στην δομή της πλάκας, αναπτύσσοντας μία σπειροειδή ροή η οποία οφείλεται στον μεταφορικό στροβιλισμό  του μανδυακού υλικού.

Η επαναφορά (rollback) είναι ουσιώδης για την ανακατάταξη των περιθωρίων των λιθοσφαιρικών πλακών, με την αλλαγή του προσανατολισμού τους. Παλαιομαγνητικές μετρήσεις στα νησιά Fiji δείχνουν ότι η ζώνη υποβύθισης Vanuatu περιστράφηκε κατά 90⁰ στα τελευταία 40Ma, το οποίο συνεπάγεται ότι η τάφρος του τόξου Tonga-Kermadec περιστράφηκε περίπου με την ίδια γωνία στη Βόρειο Νήσο της Νέας Ζηλανδίας. Τέτοιες περιστροφές δεικνύουν ότι η επαναφορά είναι αποτελεσματική μεταξύ ενός άξονα περιστροφής και ενός σχιστώδους ρήγματος της πλάκας. Αυτή η διεργασία είναι πιθανό να δημιουργήσει κυρτωμένα ορογενή.

Κατακερματισμός πλάκας

Μετά από μεγάλο χρονικό διάστημα σύγκλισης, η πλάκα γίνεται βαρύτερη από τη λιθοσφαιρική ελκυστική δύναμη, η οποία διαρρηγνύεται όταν φτάσει και ξεπεράσει τη δύναμη του εφελκυσμού και ακολούθως τα τεμάχη της πλάκας διαχωρίζονται από τη λιθόσφαιρα της επιφάνειας λόγω διαφοράς στη πλευστότητα. Αυτά τα τεμάχη βυθίζονται γρηγορότερα και τελικά επιπλέουν εντός της ασθενόσφαιρας όπου βαθμιαίως απορροφώνται. Κενά στην σεισμική κατανομή, δια μέσου των πλακών θεωρούνται ως απόδειξη για τη διάρρηξη της πλάκας. Σεισμικές και τομογραφικές αναλύσεις υποδεικνύουν δύο τρόπους που οι πλάκες μπορούν διαρρηχτούν: κατά  μήκος των σχεδόν οριζοντίων και  κατακόρυφων σχισμών.

Κάθετο σχίσιμο της πλάκας (κυρίως ωκεάνιας λιθόσφαιρας) δημιουργείται σε ζώνες διάρρηξης (ίσως από παλαιό ρήγμα μεταβίβασης) και πιθανώς οφείλεται σε οριζόντιο εφελκυσμό  που προκαλείται από το τοξοειδές σχήμα των υποβυθιζόμενων πλακών, οι οποίες δημιουργούν σε βάθος μικρής έντασης απόκλιση. Η ασθενοσφαιρική σπειροειδής ροή προκαλεί περαιτέρω επαναφορά (roll back) της πλάκας αν αυτή είναι ακόμη συνδεδεμένη με την λιθοσφαιρική. Συνδυασμένη οριζόντια και κάθετη ρηξιγένεια προκαλεί εκτενή κατακερματισμό της πλάκας σε ασύνδετα τεμάχη διαφόρων μεγεθών.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ:

Η κινητικότητα των λιθοσφαιρικών πλακών είναι ένα επιφανειακό αποτέλεσμα βαθύτερων και μεγαλύτερων κινήσεων στον μανδύα. Ενεργειακές έρευνες, βασιζόμενες σε μετρήσεις της θερμικής ροής και στον όγκο διάσπασης των ραδιενεργών στοιχείων στα μανδυακά πετρώματα, οδήγησαν σε θεωρητικές εκτιμήσεις της ύπαρξης επαρκούς ενέργειας για την μεταγωγή της θερμότητας στο σύνολο του μανδύα.

Σεισμικές αναλύσεις και ανεπτυγμένα αριθμητικά μοντέλα κατέληξαν, σχετικά με τις κατευθύνσεις ρευμάτων του μανδύα, ότι: οι υποβυθιζόμενες λιθοσφαιρικές πλάκες όπου κάποιες εισχωρούν βαθιά στον κατώτερο μανδύα βεβαιώνουν για καθοδικά ρεύματα (πχ Περι-Ειρηνική ζώνη) καθώς επίσης μεγάλης  κλίμακας μανδυακών αναβρυσμάτων κάτω από μεσο-ωκεάνειες ράχες  (πχ Νότιος Ειρηνικός) βεβαιώνουν για ανοδικά ρεύματα.

Αναφορές

Jean-Pierre Burg, Structural Geology and Tectonics ETH Zürich Geologisches Institut 

Anderson, D. L. 2007. New theory of the Earth. Cambridge University Press, Cambridge. .

Condie, K. C. 1997. Plate tectonics and crustal evolution. Butterworth-Heinemann, Oxford.

Turcotte, D. L. & Schubert, G. 2002. Geodynamics. Cambridge University Press, Cambridge.

Windley, B. F. 1995. The evolving continents. John Wiley & Sons Ltd, Chichester. .