Skifferbottnar

Konvergenta marginaler

Med tanke på att jordens volym är konstant ger den kontinuerliga bildningen av ny jordskorpa ett överskott som måste balanseras genom att jordskorpan förstörs på andra ställen. Detta sker vid konvergerande plangränser, även kallade destruktiva plangränser, där en platta sjunker ner i en vinkel – det vill säga subduceras – under den andra.

Då oceanisk skorpa svalnar när den åldras blir den så småningom tätare än den underliggande asthenosfären och har därför en tendens att subducera, eller dyka ner under, intilliggande kontinentalplattor eller yngre avsnitt av oceanisk skorpa. Den oceaniska skorpans livslängd förlängs av dess styvhet, men så småningom övervinns detta motstånd. Experiment visar att den subducerade oceaniska litosfären är tätare än den omgivande manteln till ett djup av minst 600 km.

Mekanismerna som är ansvariga för att initiera subduktionszoner är kontroversiella. Under slutet av 1900-talet och början av 2000-talet framkom bevis som stöder uppfattningen att subduktionszoner företrädesvis initieras längs redan existerande sprickor (t.ex. transformförkastningar) i den oceaniska jordskorpan. Oavsett den exakta mekanismen visar de geologiska uppgifterna att motståndet mot subduktion övervinns så småningom.

När två oceaniska plattor möts, subduceras företrädesvis den äldre, tätare plattan under den yngre, varmare plattan. När den ena plattkanten är oceanisk och den andra kontinental, förhindrar den kontinentala skorpans större flytförmåga att den sjunker, och den oceaniska plattan subduceras företrädesvis. Kontinenter bevaras företrädesvis på detta sätt jämfört med oceanisk skorpa, som kontinuerligt återvinns till manteln. Detta förklarar varför bergarter på havsbotten i allmänhet är mindre än 200 miljoner år gamla medan de äldsta kontinentala bergarterna är mer än 4 miljarder år gamla. Före mitten av 1900-talet hävdade de flesta geovetare att kontinentalskorpan var för flytande för att subduceras. Senare blev det dock klart att delar av kontinentalskorpan i närheten av djuphavsgraven, liksom sediment som avlagrats i graven, kan dras ner i subduktionszonen. Återvinningen av detta material upptäcks i kemin hos vulkaner som bryter ut ovanför subduktionszonen.

Två plattor som bär kontinentalskorpan kolliderar när den oceana litosfären mellan dem har försvunnit. Så småningom upphör subduktionen och höga bergskedjor, som till exempel Himalaya, skapas. Se nedan Berg genom kontinentalkollision.

Då plattorna bildar ett integrerat system är det inte nödvändigt att ny skorpa som bildas vid en given divergerande gräns kompenseras helt och hållet vid den närmaste subduktionszonen, så länge den totala mängden skorpa som bildas är lika stor som den som förstörs.

Subduktionszoner

Subduktionsprocessen innebär att en platta av kall hydratiserad oceanisk litosfär med en tjocklek på cirka 100 km (60 miles), som bär ett relativt tunt lock av oceaniska sediment, sjunker ner i manteln. Sänkningsvägen definieras av många jordbävningar längs ett plan som vanligtvis är lutande mellan 30° och 60° in i manteln och kallas Wadati-Benioff-zonen, efter den japanska seismologen Kiyoo Wadati och den amerikanska seismologen Hugo Benioff, som var pionjärer i studiet av denna zon. Mellan 10 och 20 procent av de subduktionszoner som dominerar havsbassängen runt Stilla havet är subhorisontella (dvs. de subducerar i vinklar mellan 0° och 20°). De faktorer som styr subduktionszonens lutning är inte helt klarlagda, men de omfattar troligen åldern och tjockleken på den subducerande oceaniska litosfären och hastigheten på plattkonvergensen.

De flesta, men inte alla, jordbävningar i denna plana lutande zon beror på kompression, och den seismiska aktiviteten sträcker sig 300 till 700 km under ytan, vilket innebär att den subducerade jordskorpan behåller en viss styvhet till detta djup. På större djup återvinns den subducerade plattan delvis i manteln.

Den plats där subduktionen äger rum markeras av ett djupt dike, mellan 5 och 11 km djupt, som skapas av friktionsmotståndet mellan plattorna när den nedåtgående plattan böjer sig innan den subduceras. Den överliggande plattan skrapar bort sediment och upphöjda delar av havsbotten från den nedre plattans övre skorpa, vilket skapar en zon av starkt deformerade bergarter i diket som fästs vid den överliggande plattan, eller ackreteras till den överliggande plattan. Denna kaotiska blandning är känd som en ackretionskil.

Grunden i subduktionszonen upplever höga tryck men relativt låga temperaturer, vilket är en effekt av den kalla oceaniska plattans nedstigning. Under dessa förhållanden omkristalliserar eller metamorfoserar bergarterna och bildar en serie bergarter som kallas blueschister, uppkallade efter det diagnostiska blå mineralet glaukofan, som endast är stabilt vid de höga tryck och låga temperaturer som råder i subduktionszoner. (Se även metamorfa bergarter.) På djupare nivåer i subduktionszonen (det vill säga mer än 30-35 km ) bildas eklogiter, som består av högtrycksmineraler som röd granat (pyrop) och omfacit (pyroxen). Bildandet av eklogit från blåskiffer åtföljs av en betydande ökning av densiteten och har erkänts som en viktig ytterligare faktor som underlättar subduktionsprocessen.