Colleen Dalton, geofizyk z Uniwersytetu Browna podczas wirtualnego spotkania Amerykańskiej Unii Geofizycznej zaprezentowała wyniki badań dotyczących szybkości ekspansji dna oceanicznego. Według niej 15 milionów lat temu nastąpiło gwałtowne spowolnienie rozszerzania się dna morskiego o jedną trzecią na przestrzeni 10 milionów lat. Taka zmiana dynamiki prawdopodobnie przyczyniła się do gwałtownego ochłodzenia klimatu.
Zjawisko ekspansji dna oceanicznego
Ekspansja dna oceanicznego (inaczej spreading) to proces rozrastania dna oceanu w regionach grzbietów oceanicznych. Przyczyna spreadingu nie jest dokładnie znana. Prawdopodobnie zjawisko jest powodowane przez rozciąganie płyty oceanicznej przez płat opadający w strefie subdukcji. Dodatkowo wznoszący prąd konwekcyjny w płaszczu wypycha lżejsze gorące skały i magmę bliżej powierzchni, co skutkuje osłabieniem skorupy. W rezultacie powstaje granica rozbieżna płyt, w której rodzą się grzbiety oceaniczne.
Schemat przedstawia procesy geologiczne związane z granicami płyt tektonicznych.
Badania dna oceanu
Badanie szybkości spreadingu wymaga analizy pewnego rodzaju liniowych anomalii magnetycznych na dnie oceanu. Przyczyna ich powstawania nie jest dokładnie znana, ale prawdopodobnie są pozostałościami po zmianie biegunów magnetycznych Ziemi. Młoda skała bazaltowa, powstająca w strefie ryftu, ma właściwości paramagnetyczne i magnesuje się w ziemskim polu magnetycznym. W efekcie na dnie oceanu możemy obserwować przeplatające się pasy skał namagnesowanych zgodnie z obecnymi biegunami magnetycznymi Ziemi i namagnesowanych przeciwnie.
Model teoretyczny powstawania pasów magnetycznych na dnie oceanicznym.
Zmiany biegunów magnetycznych Ziemi zachodzą mniej więcej co milion lat, a odpowiadające sobie pasy magnetyczne, leżące po przeciwnych stronach grzbietów oceanicznych, są w podobnym wieku. Analizując ich szerokość, możemy oszacować szybkość, z jaką w danym okresie powstawała nowa litosfera.
Mapy pasów magnetycznych zostały niedawno uzupełnione o dane zbierane przez rosyjskie okręty wojenne. Pozwoliło to zwiększyć rozdzielczość map magnetycznych Oceanów Indyjskiego i Atlantyckiego do 1 miliona lat. Nad projektem pracowali m.in. Charles DeMets z Uniwersytetu w Wisconsin oraz Sergey Merkuryev z Petersburskiego Uniwersytetu Państwowego. Na tak złożonych mapach magnetycznych wyraźnie widoczna jest zmiana dynamiki ekspansji około 10 mln lat temu. Zdaniem DeMetsa spowolnienie nastąpiło około 12/13 mln lat temu na Pacyfiku i 7 mln lat temu na pozostałych oceanach.
Na mapie za pomocą izochron i stref spękań zaznaczono wiek dna oceanicznego Atlantyku i Pacyfiku.
Wpływ spowolnienia ekspansji na zmiany klimatyczne
Wcześniejsze badania geologiczne i geofizyczne wykazywały spowolnienie spreadingu, jednak nie spodziewano się aż tak drastycznych zmian dynamiki. Zdaniem Dalton dowody na zmianę tempa powstawania zaobserwowano w przypadku 15 z 16 grzbietów oceanicznych. Możemy zatem mówić o zjawisku globalnym.
Zdaniem Clinta Conrada z Uniwersytetu w Oslo takie zjawisko musiało wyraźnie odbić się na klimacie. Powstawanie nowych grzbietów oceanicznych jest związane z produkcją dwutlenku węgla CO2. Spowolnienie ekspansji musiało zatem spowodować zmniejszenie emisji CO2 – jednego z gazów cieplarnianych, do atmosfery. Być może to zjawisko było jedną z głównych przyczyn spadku temperatury powietrza o 10 °C w późnym Miocenie.
Zamiany klimatu naszej planety są bardzo skomplikowane, a ich analiza wymaga ujęcia wielu złożonych zjawisk geofizycznych i nie tylko. Być może dalsza analiza tempa ekspansji dna morskiego pozwoli nam jeszcze lepiej zrozumieć mechanizmy rządzące naszą planetą – jej klimatem i litosferą.
