Hvorfor forsvant Jordens forhistoriske hav?

Jordens overflate er i konstant bevegelse. Ny havbunnsskorpe dannes hele tiden langs midthavsryggene, som Den midtatlantiske rygg, mens gammel havbunnsskorpe blir ødelagt.

Går vi noen millioner år tilbake, var Jordens kontinenter og hav svært forskjellige fra i dag. Tidligere havbunn er nå en del av Jordens indre, i det som kalles mantelen.

Seismisk tomografi er en teknikk som bruker jordskjelv for å få fram bilder av Jordens indre – ned til ca 2800 kilometer. Modeller som bygger på denne teknikken brukes for å vise hvordan Jordens overflate kan ha sett ut for opp til rundt 200 millioner år siden.

You can also read this article in English

Enkelt og effektivt

Grace Shephard ved UiOs Senter for Jordens utvikling og dynamikk (CEED) har funnet en enkel, men effektiv måte å kombinere bilder fra ulike tomografimodeller på.

I en studie som nylig ble publisert på Nature.com presenterer Shephard og kollegene Mathew Domeier (også CEED), Kara Matthews og Kasra Hosseini (begge University of Oxford) en ny metode for å samkjøre modeller som visualiserer utviklingen av Jordens indre.

– Slike modeller kan lages på mange ulike måter, og man kan mate modellene med ulike typer data, forklarer Shephard, som har vært postdoktor ved CEED siden hun tok doktorgraden ved Universitetet i Sydney for fire år siden.

– Vi var ute etter en rask og enkel metode for å finne fram til hvilke særtrekk som er felles for alle modellene. Ved å sammenligne inntil 14 forskjellige modeller, kan vi synliggjøre hvor det er samsvar og på den måten påvise hvor vi finner det vi kaller de mest robuste særtrekkene.

Hensikten er å få fram mer nøyaktig og lettere tilgjengelig informasjon om hvordan tidligere havbunn og kontinenter har beveget seg – og om interaksjonen mellom jordskorpen og mantelen.

Her kan du få et inntrykk av arbeidet:

Rekonstruerer kontinenter og hav

Tomografimodellene brukes til å rekonstruere forhistoriske kontinenter og hav og hvordan de har beveget seg. Nyvinningen, som er åpent tilgjengelig, innebærer en snarvei og forenkling for forskere som studerer Jordens dynamikk.

– Med dette verktøyet kan forskere innen geofag velge hvilke modeller de vil legge til grunn, hvilket dybdenivå i mantelen de vil utforske samt flere andre parametere, forklarer Shephard.

– På denne måten kan enhver dykke ned i sitt eget interesseområde. Men vi må ikke glemme at visualiseringen aldri kan bli bedre enn tomografimodellene de er basert på.

Shephard og kollegene har også sett på om det er mer overensstemmelse mellom de ulike tomografimodellene på spesielle dybdenivåer i mantelen. De har oppdaget at det ser ut til å finnes mer forhistorisk havbunn i områdene rundt 1000 til 1400 kilometer under jordskorpen enn i andre dybder.

En indre trafikkork?

– Hvis disse dybdene omgjøres til en tidsfaktor, og vi forutsetter at havbunnen synker ned i mantelen med en hastighet på 1 cm pr. år, kan det bety at det var en periode for omkring 100 til 140 millioner år siden da mer havbunn ble borte fra jordskorpen, forklarer Shephard.

– Men det kan også identifisere et kontroversielt område i Jordens indre som har større viskositet, eller er mer tregtflytende. Dette vil kunne medføre at synkende strukturer hoper seg opp, nesten som trafikkork. Dette fenomenet, og de bakenforliggende årsakene, kan være en døråpner til viktig informasjon om evolusjonen av jordklodens ytre og indre lag.

For å forstå Jordens evolusjon er det viktig å studere subduksjonssoner. Jordskorpen kan deles inn i tektoniske plater som “flyter” på mantelen og beveger seg i forhold til hverandre. Når to plater møter hverandre, vil det oppstå en kollisjon. Og den ene vil skli under den andre og synke ned i mantelen, noe som kalles subduksjon. De tektoniske havbunnsplatene blir skjøvet under kontinentale plater eller under andre havbunnsplater. Aktive eksempler på dette er Stillehavsplaten, som sklir ned under Japan, og subduksjoner som skjer i Middelhavs-regionen, for eksempel nær Hellas.

De fleste modeller av platerekonstruksjoner, på tvers av forskjellige forskningsgrupper, viser at det var en aktivitetstopp med ekstra mye subduksjon for omkring 130 millioner år siden. Den nye metodikken til Shephard og hennes kolleger kan tilføre uavhengige bevis på at dette faktisk stemmer.

Evolusjonen bak-fram

Grace Shephard viser dataanimasjoner som reverserer Jordens evolusjon. Havbunn som har ligget begravet i jordens indre i millioner av år, bringer hun opp til overflaten igjen. Det kan se ut som en lek, men det illustrerer et viktig poeng:

– Ved å studere disse prosessene på nye måter, åpner vi opp for nye spørsmål. Dette er noe vi tar imot med åpne armer, for vi må faktisk finne ut av hva vi trenger å spørre om og hva vi skal fokusere på for å forstå Jordens utvikling. Når vi jobber med disse spørsmålene, må vi alltid huske hva som er observasjoner av virkeligheten og hva som er modeller av virkeligheten. Modellene må alltid testes i forhold til observasjoner, slik at vi baner vei for nye og bedre modeller. Dette er en prosedyre som gjentar seg hele tiden.

– Hvorfor er det viktig å modellere Jordens indre?

– Det er helt grunnleggende for å lære mer om hvordan planeten vår har utviklet seg og for å forstå dannelsen av kontinenter og hav, fjellformasjoner, klimaendringer og biologiske forhold – og også for å påvise viktige naturressurser. Kunnskap om utviklingstrekk i fortiden kan bli av stor betydning for å forstå hva som vil skje i framtiden, og også for hvordan vi som samfunn samhandler med naturen rundt oss.

Vil du ha mer forskningsnytt om vår gamle planet, følg oss på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt.

Jorden om én million år

–Med utgangspunkt i disse modellene, kan du fortutsi hvordan Jorden vil se ut om én million år?

– Ser du på Jorden fra verdensrommet, vil fordelingen av kontinenter og hav fortone seg omtrent som i dag, selv om biologisk liv, klima og havnivå kan ha gjennomgått dramatiske endringer. Hvis vi går enda lenger fram i tid, for eksempel 10 til 100 millioner år, er det veldig vanskelig å si noe om hvordan havene vil åpne seg og lukke seg.

Men det er noen indikasjoner, påpeker hun.

– Noen mener at Atlanterhavet vil lukke seg, mens andre tror at Arktis eller Det indiske hav vil lukke seg. Vi kan legge fortidens utviklingstrekk til grunn når vi ser inn i framtiden, men dette er noe som skaper mye hodebry for alle som forsøker seg.

– Vil det bli mulig å forutsi jordskjelv?

– Det er en hellig gral for hele samfunnet, men vi kan ikke forutsi jordskjelv. Men å modellere og utforsker prosessene på ulike måter hjelper oss med å forstå hvordan Jorden fungerer.

Som plommen i egget

– Det er så mange spørsmål som trenger å bli besvart. Det er så mye om dagens jordklode vi fortsatt ikke vet, for ikke å snakke om hvordan jordkloden har sett ut gjennom geologisk tid. For eksempel kan vi med stor sikkerhet bruke dagens modeller for platetektonikk til å vise distribusjonen av landmasser og hav for 200 millioner år siden. En kollega undersøker mulighetene for å modellere utviklingen én milliard år bakover i tid. For å få til det, må vi lære mye mer både om jordskorpen og mantelen, sier Shephard.

Det var mange grunner til at hun bestemte seg for å flytte til Norge. En av dem var nærheten til Arktis, en region der forholdsvis lite er kartlagt av forhistoriske subduksjonssoner, vulkanutbrudd og platebevegelser.

– Jeg har det som plommen i egget når jeg kan jobbe med geovitenskap. Jeg kan bruke en rekke forskjellige verktøy og jobbe langs helt ulike tidsskalaer. Dette er det jeg virkelig elsker å holde på med. Jeg liker også den tverrfaglige tilnærmingen. Jeg jobber med kolleger og samarbeidspartnere over hele verden. Og nettopp det er en grunn til at det er viktig å gjøre modellene våre tilgjengelige for alle.

Vitenskapelige artikler:

Nature: On the consistency of seismically imaged lower mantle slabs (Shephard et al, 2017)

Science Advances: Intraoceanic subduction spanned the Pacific in the late Cretaceous-Paleocene (Domeier et al. 2017)

Se også:

Grace Shephards blogg: Mapping Ancient Oceans