Mid-Ocean Ridge (MOR) este un sistem montan de pe fundul mării format din tectonica plăcilor. Are de obicei o adâncime de aproximativ 2600 de metri și se ridică la aproximativ doi kilometri deasupra celei mai adânci părți a bazinului subacvatic . Aici are loc răspândirea fundului oceanului de -a lungul unei granițe divergente de plăci. Rata de răspândire determină morfologia creastei mijlocii oceanice și lățimea acesteia. Formarea unui nou fund oceanic și a unei litosfere oceanice este rezultatul ridicării mantalei din cauza separării plăcilor. Topitura se ridică sub formă de magmă la linia de slăbiciune dintre plăci și iese sub formă de lavă , formând o nouă crustă oceanică și litosferă pe măsură ce se răcește. Prima creasta mijlocie a oceanului care a fost descoperită a fost Creasta Mid-Atlantic , care este un centru de răspândire care traversează bazinele Atlanticului de Nord și de Sud; de unde numele său. Majoritatea centrelor de răspândire oceanică nu sunt situate în centrul bazinului lor, dar, în ciuda acestui fapt, ele sunt denumite în mod tradițional crestele mijlocii oceanice.
Crestele de mijloc oceanice ale lumii sunt conectate și formează Ocean Ridge, un singur sistem global de creasta mijlocie a oceanului care face parte din fiecare ocean, făcându-l cel mai lung lanț muntos din lume. Lanțul muntos continuu are aproximativ 65.000 km lungime (de câteva ori mai lung decât Anzii , cel mai lung lanț muntos continental), iar lungimea totală a sistemului de creasta oceanică este de aproximativ 80.000 km lungime [1] .
În centrul extinderii crestei oceanice, fundul mării are aproximativ 2.600 de metri adâncime [2] [3] . Pe flancurile unei creste, adâncimea fundului mării (sau înălțimea la creasta mijlocie a oceanului deasupra bazei) se corelează cu vârsta acestuia (vârsta litosferei unde se măsoară adâncimea). Relația adâncime-vârste poate fi modelată prin răcirea plăcii litosferice [4] [5] sau semispațiul mantalei [6] . O bună aproximare este că adâncimea fundului mării într-o locație de pe o creasta mijlocie a oceanului în extindere este proporțională cu rădăcina pătrată a vârstei fundului mării [6] . Forma generală a crestelor este rezultatul izostaziei Pratt : aproape de axa crestei se află o manta fierbinte, de densitate scăzută, care susține scoarța oceanică. Pe măsură ce placa oceanică se răcește departe de axa crestei, litosfera mantalei oceanice (partea mai rece și mai densă a mantalei care include plăcile oceanice împreună cu crusta) se îngroașă și densitatea crește. Astfel, fundul oceanic mai vechi este acoperit cu material mai dens și este mai adânc [4] [5] .
Rata de răspândire este viteza cu care bazinul se extinde datorită expansiunii fundului mării. Vitezele pot fi calculate prin cartografierea anomaliilor magnetice marine care se întind pe crestele oceanice. Deoarece bazaltul cristalizat , stors pe axa crestei, se solidifică la o temperatură sub punctul Curie al oxizilor corespunzători de fier-titan, direcțiile câmpului magnetic paralel cu câmpul magnetic al Pământului sunt înregistrate în acești oxizi. Direcțiile câmpului stocate în scoarța oceanică sunt o înregistrare a modificărilor câmpului magnetic al Pământului în timp. Deoarece direcția câmpului s-a inversat la intervale cunoscute de-a lungul istoriei sale, modelul inversărilor geomagnetice din scoarța oceanică poate fi folosit ca indicator al vârstei; ținând cont de vârsta scoarței terestre și de distanța față de axa crestei, se poate calcula viteza de răspândire [2] [3] [7] [8] .
Viteza de împrăștiere este de aproximativ 10-200 mm/an [2] [3] . Crestele cu răspândire lentă, cum ar fi Creasta Mid-Atlantic, s-au răspândit mult mai puțin (prezentând un profil mai abrupt) decât crestele mai rapide, cum ar fi Ridicarea Pacificului de Est (profil mai plat) la aceeași vârstă și condiții de temperatură [2] . Crestele cu răspândire lentă (mai puțin de 40 mm/an) au de obicei văi mari de rift , uneori până la 10-20 km lățime, și relief foarte accidentat pe creasta crestei, cu o diferență de înălțime de până la 1000 m [2] [3] [9] [10 ] . Crestele rapide (mai mari de 90 mm/an), cum ar fi East Pacific Rise, în schimb, nu au văi rift. Rata de răspândire în Atlanticul de Nord este de aproximativ 25 mm/an, iar în regiunea Pacificului este de 80–145 mm/an [11] . Cea mai mare rată cunoscută a fost de peste 200 mm/an în timpul Miocenului , în Rise Pacific de Est [12] . Crestele cu extindere <20 mm/an sunt numite creste infralente [3] [13] (de exemplu, Creasta Gakkel din Oceanul Arctic și Creasta Indiei de Vest ).
Centrul sau axa de împrăștiere se conectează de obicei la o falie de transformare care este orientată în unghi drept față de axă. Pantele crestelor mijlocii oceanice sunt marcate in multe locuri de cicatrici de falii transformate inactive numite zone de falie. La rate de împrăștiere mai mari, axele deschid adesea centre de împrăștiere suprapuse, care nu au defecte de transformare de legătură [2] [14] . Adâncimea axei se modifică într-o manieră sistematică, cu adâncimi mai mici între deplasări, cum ar fi faliile de transformare și centrele de împrăștiere suprapuse care împart axa în segmente. Una dintre ipotezele pentru diferite adâncimi de-a lungul axei este variația fluxului de magmă către centrul de răspândire [2] . Crestele ultra-lente formează atât segmente de creasta magmatică, cât și amagmatică (fără activitate vulcanică) fără falii de transformare [13] .
Crestele medii oceanice sunt zone vulcanice cu seismicitate ridicată [3] . Scoarta oceanică de pe creste este într-o stare constantă de „reînnoire” ca urmare a expansiunii fundului mării și a tectonicii plăcilor. Noua magmă vine în mod constant pe fundul oceanului și invadează crusta oceanică existentă în zona faliilor de-a lungul axelor crestelor. Rocile care alcătuiesc crusta de sub fundul mării sunt cele mai tinere de-a lungul axei crestei și îmbătrânesc pe măsură ce se îndepărtează de această axă. Noua magmă cu compoziție bazaltică ia naștere pe axă și în apropierea acesteia din cauza topirii prin decompresie în mantaua subiacentă a Pământului [15] . Materia solidă a mantalei care se ridică izoentropic este încălzită peste temperatura solidusului și se topește. Magma cristalizată formează o nouă crustă de bazalt cunoscută sub numele de bazalt de creasta mijlocie a oceanului și gabro sub ea în scoarța oceanică inferioară [16] . Bazaltul Mid-Ocean Ridge este un bazalt toleiitic cu un conținut scăzut de elemente incompatibile [17] [18] . O caracteristică comună a centrelor de răspândire oceanice sunt gurile hidrotermale (fumători negri) alimentate de căldură magmatică și vulcanică [19] [20] . O caracteristică a crestelor înalte este fluxul lor de căldură relativ ridicat, variind de la 1 µcal/cm²⋅s la aproximativ 10 µcal/cm²⋅s. [21] (microcalorii pe centimetru pătrat pe secundă)
Cea mai mare parte a scoarței din bazinele oceanice are mai puțin de 200 de milioane de ani [22] [23] , mult mai tânără decât vârsta Pământului de 4,54 miliarde de ani. Acest fapt reflectă procesul de reciclare a litosferei în mantaua Pământului în timpul subducției . Pe măsură ce scoarța oceanică și litosfera se îndepărtează de axa crestei , peridotita din mantaua subiacentă a litosferei se răcește și devine mai rigidă. Crusta și peridotita relativ rigidă de sub ea constituie litosfera oceanică, care se află deasupra astenosferei mai puțin rigide și vâscoase [3] .
Litosfera oceanică se formează pe o creastă oceanică, în timp ce litosfera se scufundă înapoi în astenosferă în tranșee oceanice. Se crede că două procese sunt responsabile de răspândirea pe crestele oceanice: ridge-push și slab pull [24 ] . Împingerea crestei se referă la alunecarea gravitațională a unei plăci oceanice care se ridică deasupra astenosferei mai fierbinți, creând astfel o forță care face ca placa să alunece în jos [25] . În tragerea plăcii, greutatea unei plăci tectonice care se subduce (trage) sub placa de deasupra într-o zonă de subducție trage cu ea restul plăcii. Se consideră că mecanismul de tragere al plăcii contribuie mai mult decât împingerea [24] [26] .
Anterior s-a presupus că procesul care promovează mișcarea plăcilor și formarea de noi cruste oceanice pe crestele oceanice este un „conveior al mantalei” datorită convecției mantalei [27] [28] . Totuși, unele studii au arătat că mantaua superioară (astenosfera) este prea ductilă (flexibilă) pentru a crea suficientă frecare pentru a trage placa tectonică [29] [30] . Mai mult, upwelling-ul mantalei care determină formarea magmei sub crestele oceanului pare să afecteze doar cei 400 km superiori ai acestuia, ceea ce a fost dedus din datele seismice și observațiile de eterogenitate seismică din mantaua superioară la o distanță de aproximativ 400 km. Pe de altă parte, unele dintre cele mai mari plăci tectonice din lume, cum ar fi Placa Nord-Americană și Placa Sud-Americană , sunt în mișcare, dar se subduc doar în locuri limitate, cum ar fi arcul Antilelor Mici și arcul Insulelor Sandwich de Sud , indicând acțiune. pe plăci de forță de împingere. Modelarea computerizată a mișcărilor plăcilor și mantalei sugerează că mișcarea plăcii și convecția mantalei nu sunt legate, iar principala forță motrice a plăcilor este tragerea plăcilor [31] .
Răspândirea crescută (adică rata de expansiune a crestei mijlocii oceanice) a condus la o creștere a nivelului global (eustatic) al mării pe o perioadă foarte lungă de timp (milioane de ani) [32] [33] . O extindere crescută a fundului înseamnă că creasta mijlocie a oceanului se va extinde apoi și va forma o creastă mai largă cu adâncime medie redusă, ocupând mai mult spațiu în bazinul oceanic. Acest lucru împinge oceanul de deasupra și determină creșterea nivelului mării [34] .
Schimbarea nivelului mării poate fi legată de alți factori (expansiunea termică, topirea gheții și convecția mantalei creând topografie dinamică [35] ). Cu toate acestea, la scară de timp foarte lungă, acesta este rezultatul modificărilor în volumul bazinelor oceanice, care la rândul lor sunt afectate de rata de răspândire a fundului mării de-a lungul crestelor mijlocii oceanice [36] .
Nivelul ridicat al mării din perioada Cretacicului (acum 144-65 milioane de ani) poate fi explicat doar prin tectonica plăcilor, deoarece expansiunea termică și absența calotelor de gheață singure nu pot explica faptul că nivelul mării era cu 100-170 de metri mai mare decât în prezent. [34] .
Răspândirea fundului mării pe crestele oceanice este un sistem de schimb ionic la scară globală [37] . Gurile hidrotermale din centrele de răspândire eliberează cantități variate de fier , sulf , mangan , siliciu și alte elemente în ocean, dintre care unele sunt reciclate în crusta oceanică. Heliul-3 , un izotop care însoțește vulcanismul mantalei, este emis din gurile hidrotermale și poate fi găsit în penele din ocean [38] .
Rata mare de răspândire va determina lărgirea crestei oceanice, făcând ca bazaltul să reacționeze mai rapid cu apa de mare. Raportul magneziu / calciu va deveni mai mic, deoarece mai mulți ioni de magneziu vor fi absorbiți de roca din apa de mare și mai mulți ioni de calciu se vor leși din rocă și vor intra în apa de mare. Activitatea hidrotermală de la creasta crestei este eficientă în îndepărtarea magneziului [39] . Un raport mai mic magneziu/calciu contribuie la precipitarea polimorfilor de calcit cu conținut scăzut de magneziu ai carbonatului de calciu (mări de calcit) [40] [37] .
Răspândirea lentă la crestele oceanice are efectul opus și va avea ca rezultat un raport magneziu/calciu mai mare favorizând precipitarea aragonitului și a polimorfilor de carbonat de calciu cu conținut ridicat de magneziu (mări de aragonit) [37] .
Experimentele arată că majoritatea organismelor moderne cu conținut ridicat de magneziu în calcit ar fi avut un conținut scăzut de magneziu în mările de calcit din trecut [41] , ceea ce înseamnă că raportul magneziu/calciu din scheletul organismului variază în funcție de raportul dintre magneziu/calciu în apa de mare, în care a crescut.
Astfel, mineralogia organismelor care formează recif și formează depozite este guvernată de reacții chimice care au loc de-a lungul crestei oceanice, a căror viteză depinde de viteza de răspândire a fundului mării [39] [41] .
Primele indicii că bazinul Oceanului Atlantic a fost divizat de un lanț muntos au fost obținute ca urmare a expediției britanice Challenger din secolul al XIX-lea [42] . Oceanologii Matthew Fontaine Maury și Charles Wyville Thomson au analizat rezultatele măsurătorilor lor ale adâncimii și au dezvăluit o creștere vizibilă a fundului mării, care a coborât de-a lungul bazinului Atlanticului de la nord la sud. Ecosondele au confirmat acest lucru la începutul secolului al XX-lea [43] .
Abia după cel de-al Doilea Război Mondial, când fundul oceanului a fost explorat mai în detaliu, a devenit cunoscută întreaga întindere a crestelor mijlocii oceanice. Vema, o navă de la Observatorul Pământului Lamont-Doherty de la Universitatea Columbia , a traversat Oceanul Atlantic înregistrând date sonarului la adâncimea fundului oceanului. O echipă condusă de Marie Tharp și Bruce Heezen a ajuns la concluzia că acesta este un lanț muntos imens, cu o vale de rift pe creasta sa, care trece prin mijlocul Oceanului Atlantic. Oamenii de știință au numit -o Creasta Mid-Atlantic . Alte studii au arătat că creasta crestei este activă seismic [44] și s-au găsit lave proaspete în valea riftului [45] . În plus, fluxul de căldură al scoarței terestre aici a fost mai mare decât oriunde altundeva în bazinul Oceanului Atlantic [46] .
La început, creasta a fost considerată a fi o caracteristică a Oceanului Atlantic. Cu toate acestea, pe măsură ce explorarea fundului oceanului a continuat în întreaga lume, s-a descoperit că fiecare ocean conține părți ale unui sistem de creasta mijlocie a oceanului. La începutul secolului al XX-lea, expediția germană Meteor a trasat creasta mijlocie a oceanului de la Atlanticul de Sud până la Oceanul Indian. Deși prima secțiune descoperită a sistemului de creste trece prin Oceanul Atlantic de mijloc, s-a descoperit că majoritatea crestelor mijlocii oceanice sunt situate departe de centrul altor bazine oceanice [2] [3] .
Alfred Wegener a propus teoria derivei continentale în 1912. El a declarat: „Creasta Mid-Atlantic... o zonă în care podeaua Oceanului Atlantic, continuând să se extindă, este ruptă în mod constant și face loc unor părți proaspete, relativ fluide și fierbinți ale crustei [care se ridică] din adâncurile” [47] . Cu toate acestea, Wegener nu a urmat această afirmație în lucrările sale ulterioare, iar teoria sa a fost respinsă de geologi, deoarece nu a existat un mecanism care să explice modul în care continentele ar putea străpunge scoarța oceanică, iar teoria a fost în mare măsură uitată.
După descoperirea întinderii mondiale a crestei oceanice în anii 1950, geologii s-au confruntat cu o nouă provocare: să explice cum s-ar fi putut forma o structură geologică atât de uriașă. În anii 1960, geologii au descoperit și au început să propună mecanisme pentru răspândirea fundului mării. Descoperirea crestelor mijlocii oceanice și extinderea fundului mării au făcut posibilă extinderea teoriei lui Wegener pentru a include mișcarea scoartei oceanice precum și a continentelor [48] . Tectonica plăcilor a fost o explicație potrivită pentru expansiunea fundului mării, iar acceptarea tectonicii plăcilor de către majoritatea geologilor a dus la o schimbare majoră de paradigmă în gândirea geologică.
Se estimează că de-a lungul crestelor oceanice de mijloc ale Pământului, acest proces creează 2,7 km² de fundul mării noi în fiecare an [49] . Cu o grosime a scoarței de 7 km, aceasta este aproximativ 19 km³ de crustă oceanică nouă formată în fiecare an [49] .
Dicționare și enciclopedii | |
---|---|
În cataloagele bibliografice |