Μια ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από το Τμήμα Επιστημών της Γης του UCL και τη συμμετοχή συνεργατών από τα Πανεπιστήμια του Μπρίστολ και του Όρεγκον, αναφέρει στο περιοδικό *Science Advances* ότι το σχήμα ενός ηφαιστειακού στρώματος μπορεί να λειτουργήσει ως δείκτης περιορισμού για τα βουνά που αυτό κάλυψε.
Τι αφορά η μελέτη
Η μελέτη περίπτωσης αφορά το ιγνιμβρίτη Cardones στη βόρεια Χιλή, ο οποίος σχηματίστηκε από έκρηξη πριν από 21,9 εκατομμύρια χρόνια. Το συμπέρασμα στο οποίο κατέληξαν οι ερευνητές θέτει ένα ανώτατο όριο: πριν από την έκρηξη, τα πετρώματα σε εκείνο το τμήμα των Κεντρικών Άνδεων ωθούνταν προς τα πάνω με ρυθμό που δεν υπερέβαινε τα 0,26 χιλιόμετρα ανά εκατομμύριο έτη.
Η λογική πίσω από αυτό είναι γεωμετρική και ασυνήθιστα απλή για ένα εύρημα που αφορά τη γεωλογική χρονική κλίμακα. Υποθέτοντας ότι η πηγή της εναπόθεσης βρισκόταν σε υψηλότερο υψόμετρο από το έδαφος που κάλυψε, ένα τοπίο δεν μπορεί να καλυφθεί πλήρως από ένα στρώμα του οποίου η επιφάνεια έχει μικρότερη κλίση από τη συνολική κλίση της οροσειράς. Επομένως, αν το στρώμα είναι επίπεδο, η οροσειρά που καλύφθηκε δεν μπορεί να παρουσίαζε απότομη ανύψωση κατά μήκος του πλάτους της.
Περισσότερα από χίλια κυβικά χιλιόμετρα πετρώματος
Ο ιγνιμβρίτης είναι το υλικό που απομένει από ένα πυροκλαστικό ρεύμα πυκνότητας: ένα μείγμα ηφαιστειακής τέφρας, ελαφρόπετρας και θραυσμάτων πετρώματος, το οποίο εναποτίθεται από ένα ρεύμα αερίων και συντριμμιών που κινείται κοντά στο έδαφος, αντί να πέφτει σταδιακά από την ατμόσφαιρα. Τα μεγαλύτερα από αυτά τα ρεύματα μεταφέρονται συχνά σε απόσταση άνω των 100 χιλιομέτρων από την πηγή τους και εξαπλώνονται σχηματίζοντας αυτό που οι ηφαιστειολόγοι ονομάζουν ιγνιμβρίτες χαμηλού λόγου διαστάσεων (low aspect ratio ignimbrites)· πρόκειται για στρώματα που καλύπτουν το ανάγλυφο του εδάφους με μια επιφάνεια ήπιας κλίσης, αντί να γεμίζουν τις κοιλάδες.
Ο ιγνιμβρίτης Cardones αποτελεί ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα. Είναι η μεγαλύτερη ενότητα του Σχηματισμού Oxaya, μιας σειράς ιγνιμβριτών με ήπια κλίση προς τα δυτικά, οι οποίοι εναποτέθηκαν κατά τη διάρκεια μιας περιόδου έντονης ηφαιστειακής δραστηριότητας στο Μειόκαινο, στο δυτικό άκρο των Κεντρικών Άνδεων. Σύμφωνα με τη μελέτη, ο όγκος του υπερβαίνει τα 1.260 κυβικά χιλιόμετρα, ενώ ως πηγή του θεωρείται η γειτονική καλντέρα Lauca.
Ο Byron Adams, κύριος συγγραφέας της μελέτης, χρησιμοποίησε το παράδειγμα της Πομπηίας για να περιγράψει το φαινόμενο στην ανακοίνωση του UCL, μεταφέροντας την κλίμακα από μια πόλη σε ένα ολόκληρο τοπίο. «Αντί να καλύψουν μια πόλη, θερμά μείγματα ηφαιστειακής τέφρας, θραυσμάτων πετρώματος και αερίων σάρωσαν ένα ολόκληρο τοπίο, καλύπτοντας το έδαφος που βρισκόταν από κάτω τους», δήλωσε χαρακτηριστικά. Ένα στρώμα υλικού δεν μπορεί να καλύψει μια οροσειρά που παρουσιάζει κλίση πιο απότομη από τη δική του.
Η βασική διαπίστωση είναι ότι το στρώμα Cardones είχε αρχικά μια σχετικά ομοιόμορφη κλίση επιφάνειας 1,5 μοιρών (συν πλην 0,3 μοίρες) — μια εκτίμηση που λαμβάνει ήδη υπόψη τις αναδιπλώσεις και τις κλίσεις που υπέστη το στρώμα έκτοτε. Αυτή η ανακατασκευασμένη επιφάνεια αποτελεί το σημείο αναφοράς.
Από αυτό το σημείο, το επιχείρημα εξετάζει τρεις περιπτώσεις. Είτε η επιφάνεια του ιγνιμβρίτη είναι πιο απότομη από το θαμμένο ανάγλυφο —κάτι που αναμένεται από μια απόθεση η οποία λεπταίνει καθώς απομακρύνεται από το σημείο εκτόξευσης, αφήνοντας τις υψηλότερες κορυφογραμμές και κορυφές να προεξέχουν. Είτε η κλίση είναι πιο ήπια —πράγμα που θα απαιτούσε το στρώμα να γίνεται παχύτερο όσο απομακρύνεται από την πηγή, σενάριο μη ρεαλιστικό για μεγάλες αποστάσεις. Είτε οι δύο κλίσεις είναι περίπου ίσες —η οριακή περίπτωση όπου η απόθεση μόλις που καλύπτει τα υψηλότερα σημεία του εδάφους.
Το συμπέρασμα των συγγραφέων είναι ότι ένα τοπίο μπορεί να καλυφθεί πλήρως μόνο εάν η κλίση του (σε κλίμακα οροσειράς) είναι ίση ή μικρότερη από την αρχική κλίση του στρώματος. Για την περίπτωση του Cardones, αυτό θέτει ως ανώτατο όριο κλίσης του θαμμένου εδάφους τις 1,5 μοίρες σε όλη την έκταση της οροσειράς.
Το χρονικό διάστημα που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της μέσης τιμής είναι μεγάλο. Η μελέτη προσδιορίζει τον ελάχιστο χρόνο απόκρισης του τοπίου σε περίπου 14 εκατομμύρια έτη, για έναν πιθανό συνδυασμό ρυθμού ανύψωσης και διαβρωσιμότητας — έναν όρο που ενσωματώνει παράγοντες όπως το κλίμα, ο τύπος του πετρώματος και τα υδρολογικά χαρακτηριστικά της ίδιας της κοίτης. Σταθεροί ρυθμοί ενδέχεται να διατηρήθηκαν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Πεντακόσιες εξήντα συνθετικές οροσειρές
Για να μετατραπεί η κλίση του εδάφους σε ρυθμό ανύψωσης, απαιτείται ένα μοντέλο που να περιγράφει πώς τα ποτάμια διαβρώνουν και χαμηλώνουν τα βουνά, ενώ οι τεκτονικές δυνάμεις τα ωθούν προς τα πάνω. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε την κλασική περιγραφή της ποτάμιας διάβρωσης βάσει της ισχύος του ρεύματος (stream-power model), στην οποία η κλίση της κοίτης αυξάνεται ανάλογα με τον ρυθμό ανύψωσης του πετρώματος και μειώνεται ανάλογα με την ευπάθεια του υποκείμενου πετρώματος στη διάβρωση, και εφάρμοσε το μοντέλο αυτό χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη ανοιχτού κώδικα Landlab.
Το επιχείρημα υπέρ μιας οροσειράς που ανυψώθηκε αργά και σταθερά
Το ευρύτερο ζήτημα στο οποίο συμβάλλει αυτή η τιμή αφορά το πότε ακριβώς ανυψώθηκαν οι Άνδεις. Ο Adams περιέγραψε τις δύο αντικρουόμενες απόψεις στην ανακοίνωση του UCL ως εξής: «Υπάρχει διαφωνία σχετικά με το αν οι Άνδεις αναπτύχθηκαν αργά και σταθερά σε διάστημα 40 ή 50 εκατομμυρίων ετών ή αν ανυψώθηκαν εξαιρετικά αργά και στη συνέχεια υπέστησαν ταχεία ανύψωση σε πιο πρόσφατη εποχή, κατά τα τελευταία έξι έως 10 εκατομμύρια χρόνια. Τα ευρήματά μας, τα οποία καλύπτουν ένα μεγάλο μέρος της ενδιάμεσης περιόδου αυτής της ιστορίας, ενισχύουν την υπόθεση της αργής αλλά σταθερής ανύψωσης».
Υπάρχει και μια δεύτερη, πιο ασυνήθιστη διαπίστωση των συγγραφέων: ότι η διαδικασία κάλυψης των ιγνιμβριτών λειτουργεί επιλεκτικά ως προς το τι διατηρείται.
Η ανάλυσή τους υποδεικνύει ότι τέτοια μεγάλα στρώματα μπορούν να σχηματιστούν μόνο πάνω σε ανάγλυφο χαμηλού υψομέτρου· συνεπώς, τα τοπία που διατηρούνται κάτω από αυτά είναι συστηματικά εκείνα που χαρακτηρίζονται από ηρεμία, έχοντας διαμορφωθεί σε περιόδους όπου η ανύψωση του εδάφους ήταν αργή ή χωρικά ομοιόμορφη, επιτρέποντας στα ποτάμια να εξομαλύνουν το έδαφος.
Το στρώμα εξακολουθεί να υφίσταται εκεί, με ήπια κλίση προς τα δυτικά, ενώ σε ορισμένα σημεία έχει διακοπεί από τη ροή του ποταμού Lluta. Κανείς δεν μπορεί να σκάψει σε βάθος για να φτάσει στο τοπίο που καλύφθηκε από αυτό. Το μόνο που μπορεί να ειπωθεί πλέον με βεβαιότητα είναι ποιος ήταν ο μέγιστος βαθμός κλίσης που δεν ξεπεράστηκε —κατά μέσο όρο σε όλη την έκταση της οροσειράς.
Ένα ηφαιστειακό στρώμα, στη βόρεια Χιλή πριν από 21,9 εκατομμύρια χρόνια, εία επιφάνεια τόσο επίπεδη, ώστε να θέτει ένα ανώτατο όριο στον ρυθμό ανύψωσης των πετρωμάτων σε εκείνο το τμήμα των Άνδεων πριν από την έκρηξη.
www.worldenergynews.gr
