В исследовании, проведенном учеными из Университета Брауна, использовались станции сейсмического мониторинга для создания ультразвукового изображения земной коры под южной частью США.S., у южной базы Аппалачей. Исследование показывает, что кора Гондваны столкнулась с Северной Америкой, когда два континента столкнулись, скользнув на север на целых 300 километров, прежде чем два континента разделились и разошлись около 200 миллионов лет назад. Процесс, выявленный в ходе исследования, очень похож на процесс, который строит сегодня Гималаи, когда Евразийский континент продвигается вверх по Индийскому субконтиненту.
«Мы показываем, что столкновение континентов, произошедшее 300 миллионов лет назад, очень похоже на столкновение, которое мы видим сегодня в Гималаях», — сказала Карен Фишер, профессор факультета наук о Земле, окружающей среде и планетах Брауна и соавтор книги. учиться. "Это наиболее задокументированный случай, который мне известен, когда последний шов между древними континентальными корками имеет геометрию, аналогичную нынешнему контакту земной коры между Индией и Евразией под Гималаями."
Исследование проводилось под руководством Эмили Хоппер, которая получила докторскую степень в Университете Брауна в 2016 году и сейчас является докторантом в Обсерватории Земли Ламонта-Доэрти Колумбийского университета.
Исследование опубликовано онлайн в журнале Geology.
Для исследования группа исследователей разместила 85 станций сейсмического мониторинга на юге Джорджии и в некоторых частях Флориды, Северной Каролины и Теннесси.
Исследователи также использовали данные телескопа Earthscope Transportable Array, непрерывного массива сейсмических станций, которые пересекали прилегающую территорию U.S. с 2005 по 2015 год. Всего 374 сейсмических станции зарегистрировали слабые колебательные волны от далеких землетрясений, когда они проходили через скалы под землей.
Акустическая энергия от землетрясений может распространяться через Землю в виде различных типов волн, включая поперечные волны, которые колеблются перпендикулярно направлению распространения, и волны сжатия, которые колеблются в том же направлении, что и распространяющиеся.
Анализируя степень преобразования поперечных волн в волны сжатия, когда они сталкиваются с контрастом в свойствах горных пород, исследователи могли создать сейсмическое изображение подземной коры.
Исследование обнаружило тонкий сплошной слой горной породы, который начинается у поверхности и полого спускается на юг до глубины примерно 20 километров, в котором волны землетрясения распространяются быстрее, чем в окружающих породах. Этот слой простирается на юг примерно на 300 километров от центральной Джорджии до северной Флориды. Он простирается примерно на 360 километров с востока на запад, от центральной части Южной Каролины, через всю Джорджию и до восточной Алабамы.
Исследователи говорят, что наиболее вероятное объяснение этого аномального слоя заключается в том, что это зона сдвига — контакт, по которому гондванская плита скользила по вершине прото-североамериканской плиты.
«Там, где эти два блока земной коры соприкоснулись, произошла бы огромная деформация, которая выровняла бы минеральные зерна в породах и изменила скорость распространения сейсмических волн», — сказал Фишер. "Поэтому наше предпочтительное объяснение этого непрерывного слоя заключается в том, что мы наблюдаем выравнивание минералов в зоне сдвига между этими двумя пластинами."
Наличие этой обширной пологой зоны сдвига рисует новую картину заключительных этапов столкновения двух континентов. Исследователи долгое время думали, что прото-североамериканцы и Гондвана столкнулись в зоне сдвига с гораздо более крутым уклоном, что привело некоторых к мнению, что две плиты скользили вбок друг за другом.
Но такая крутая зона сдвига будет разительно контрастировать с 300-километровой зоной почти горизонтального сдвига, обнаруженной в этом новом исследовании.
Геометрия контакта, обнаруженного в исследовании, аналогична процессу, который в настоящее время поднимает Гималаи. В этом столкновении, говорит Фишер, евразийская кора вышла за Индийский субконтинент на расстояние, подобное тому, которое было обнаружено в Аппалачах. Этот процесс продолжается и сегодня, поднимая Гималаи на 4-10 миллиметров в год.
По словам Фишера, сходство между этими двумя событиями говорит ученым о том, что во времени есть согласованность в способах постройки гор.
«Когда мы думаем о горообразовании, Гималаи являются архетипом», — сказала она. "Интересно, что столкновение, которое произошло 300 миллионов лет назад, очень похоже на то, что происходит сегодня."
И это имеет значение для понимания того, как развивалась земная кора.
"Это говорит нам о том, что способ деформации корки — где она слабая, где она сильная и как она приспосабливается к деформации — была довольно однородной во времени", — сказал Фишер. «Кора не могла быть намного горячее; она не могла быть намного холоднее; и в ней не могло быть совершенно другого распределения флюидов, поскольку все это влияет на то, как деформируется кора."