Geonaučnici analiziraju stene u planinskim pojasevima da bi rekonstruisali kako su se nekada spuštale u dubinu, a zatim se vraćale na površinu. Ova istorija sahranjivanja i ekshumacije baca svetlo na mehanizme tektonike ploča i izgradnje planina.
Određene stene koje tonu daleko u unutrašnjost Zemlje zajedno sa pločama transformišu se u različite vrste pod ogromnim pritiskom koji tamo vlada. Tokom ove UHP metamorfoze (UHP: ultra-visok pritisak), silicijum dioksid (SiO 2 ) u steni, na primer, postaje koezit, koji se takođe naziva UHP polimorf SiO 2 . Iako je hemijski još uvek silicijum, kristalne rešetke su čvršće zbijene i stoga gušće.
Kada se ploče iz dubine ponovo pomere naviše, na površinu izlaze i UHP stene koje se mogu naći na određenim mestima u planinama. Njihov mineralni sastav pruža informacije o pritiscima kojima su bili izloženi tokom svog vertikalnog putovanja kroz unutrašnjost Zemlje. Koristeći litostatski pritisak kao jedinicu mere, moguće je povezati pritisak i dubinu: što je pritisak veći, to su stene nekada ležale dublje.
Do sada su istraživanja pretpostavljala da su UHP stene zakopane na dubini od 120 kilometara. Odatle su se zajedno sa pločama vratili na površinu. U tom procesu, ambijentalni pritisak se smanjivao stabilnom brzinom, odnosno statički. Međutim, nova studija Gete univerziteta u Frankfurtu i univerziteta u Hajdelbergu i Renu (Francuska) objavljena u Nature Communications dovodi u pitanje ovu pretpostavku o dugom, kontinuiranom usponu.
Među onima koji su učestvovali u studiji sa Gete univerziteta u Frankfurtu bili su prva autorka Sindi Luizier, koja je došla na univerzitet kao Humbolt istraživačka stipendija, i Tibo Durec, šef Radne grupe za geodinamičko modeliranje na Odeljenju za geonauke.
Istraživački tim je analizirao bele škriljce sa masiva Dora Maira u zapadnim Alpima u Italiji. „Beli škriljci su stene koje su nastale kao rezultat UHP metamorfoze hidrotermalno izmenjenog granita tokom formiranja Alpa“, objašnjava Duretz. „Ono što je posebno u vezi sa njima je velika količina koezita. Kristali koezita u belom škriljcu su veličine nekoliko stotina mikrometara, što ih čini idealnim za naše eksperimente.“
Komad belog škriljaca sa masiva Dora Maira sadržao je ružičaste granite u srebrno-beloj matrici sastavljenoj od kvarca i drugih minerala. „Stena ima posebna hemijska, a time i mineraloška svojstva“, kaže Duretz. Zajedno sa timom, analizirao ga je tako što je prvo isekao veoma tanak komad debljine oko 50 mikrometara, a zatim ga zalepio na staklo. Na ovaj način je bilo moguće identifikovati minerale pod mikroskopom. Sledeći korak bilo je kompjutersko modeliranje specifičnih, posebno interesantnih oblasti.
Ove oblasti su bile čestice silicijum-dioksida okružene zrncima ružičastog granata, u kojima su se formirala dva SiO 2 polimorfa. Jedan od njih je bio koezit, koji se formirao pod veoma visokim pritiskom (4,3 gigapaskala). Drugi polimorf silicijum dioksida bio je kvarc, koji je ležao kao prsten oko kozita. Nastao je pod mnogo nižim pritiskom (1,1 gigapaskala).
Beli škriljci su očigledno prvo bili izloženi veoma visokom, a zatim mnogo nižem pritisku. Došlo je do oštrog pada pritiska ili dekompresije. Najvažnije otkriće je da su pukotine u obliku krakova zračili iz inkluzija SiO 2 u svim pravcima: rezultat faznog prelaza iz koezita u kvarc. Efekat ove tranzicije je bila velika promena zapremine i izazvala je velika geološka naprezanja u steni. Ovo je dovelo do loma granata koji okružuje inkluzije SiO 2.
„Takve radijalne pukotine mogu se formirati samo ako mineral domaćin, granat, ostane veoma jak“, objašnjava Duretz. „Na takvim temperaturama granat ostaje veoma jak samo ako pritisak veoma brzo opadne. Na geološkoj vremenskoj skali, „veoma brzo“ znači u hiljadama do stotinama hiljada godina. U ovom „kratkom“ periodu pritisak je morao da opadne sa 4,3 na 1,1 gigapaskala. Granat bi inače puzao viskozno da bi kompenzovao promenu zapremine u inkluzijama SiO 2, umesto da formira pukotine.
Prema Duretzu, prethodna pretpostavka da UHP stena dostiže dubinu od 120 kilometara izgleda manje verovatna s obzirom na ovu brzu dekompresiju jer bi se izlazak sa takve dubine odvijao tokom dugog vremenskog perioda, što se ne poistovećuje sa visokom dekompresijom. stopa, kaže on. „Pre pretpostavljamo da je naš beli škriljac ležao na dubini od samo 60 do 80 kilometara“, kaže geonaučnik.
A procesi koji se odvijaju u unutrašnjosti Zemlje takođe bi mogli biti sasvim drugačiji nego što se pretpostavljalo u prošlosti. Da se jedinice stena neprekidno kreću naviše na velike udaljenosti, od dubine od 120 kilometara do površine, takođe izgleda manje verovatno nego što se ranije mislilo.
„Naša hipoteza je da su se umesto toga odvijali brzi tektonski procesi, što je dovelo do minimalnih vertikalnih pomeranja ploča.“ Možemo to zamisliti ovako, kaže on: „Ploče su se iznenada malo trgnule u unutrašnjosti Zemlje — i kao rezultat toga, pritisak koji okružuje UHP stenu se smanjio za relativno kratko vreme.“
