Eklogit z Papuy Nové Guineje ukazuje, že subdukční zóny se ohřívají rychleji

Hornina, kterou geologové sebrali na začátku roku 2000 na ostrově Goodenough na východě Papuy Nové Guineje, nyní přináší nové poznatky o tom, jak se zahřívají horniny zanořující se do zemského nitra. Výzkum publikovaný v časopisu Nature Geoscience naznačuje, že teplota v mělčích částech zóny subdukce roste rychleji, než předpokládají dosavadní modely. O studii informoval 6. listopadu web Eos, autorkou článku je Katherine Kornei.

Zkoumaným materiálem byl eklogit, hornina typicky červenozelené barvy, která se skládá především z minerálů granátu a omfacitu. Vzniká při vysokém tlaku a teplotě, když se oceánská kůra noří do hloubky, a patří proto k důležitým záznamníkům procesů v zónách subdukce, tedy místech, kde jedna litosférická deska zajíždí pod druhou.

Výzkumný tým vedl geolog Jan Schönig z Univerzity v Göttingenu v Německu. Spolupracovali s ním Suzanne Baldwin ze Syracuse University a Silvio Ferrero z Univerzity v Cagliari v Itálii. Vědci se zaměřili na vnitřní inkluze v granátu, tedy drobné uzavřeniny jiných minerálů, které se do krystalu dostaly během jeho růstu a uchovaly informace o tehdejších podmínkách.

V periferních částech granátu našli koezit, formu křemene, která vzniká pouze za extrémně vysokého tlaku. Vnitřek granátu koezit neobsahoval. Právě tento rozdíl umožnil rekonstruovat dvě etapy v historii horniny. Podle odhadů výzkumníků hornina zaznamenala podmínky ve dvou hloubkách: přibližně 45 kilometrů a přibližně 90 kilometrů. Z toho vyplývá, že se nejprve dostala do menší hloubky a později byla zanořena hlouběji.

Na základě těchto údajů tým odhadl rychlost vertikálního pohybu horniny na více než 60 milimetrů za rok. Zároveň zjistil, že teplota se v mělčích částech zóny subdukce zvyšovala rychleji, než by odpovídalo současným modelům. Ty obvykle předpokládají pozvolnější ohřev, protože se studená oceánská deska zanořuje do teplejšího okolního pláště.

Podle výsledků studie tedy horniny v mělčích částech zóny subdukce procházejí zahřátím rychleji, než se dosud předpokládalo. Autoři nabízejí několik možných vysvětlení. Jedním z nich je třecí zahřívání, ke kterému může docházet, když se studené horniny v prvních desítkách kilometrů zóny subdukce posouvají podél sebe. Tření by tak dodávalo další teplo, které modely nezohledňují.

Druhá hypotéza spojuje teplotní poměry s věkem samotné zóny subdukce. Mladší zóna může mít teplejší plášť, protože v ní dochází k menšímu zředění studeného materiálu, který se do pláště dostává s klesající deskou. V takovém prostředí by se horniny zahřívaly rychleji než v zónách starších a již dlouho aktivních.

Zjištění je významné především proto, že teplota v zónách subdukce ovlivňuje řadu geologických procesů, například uvolňování fluid z klesající desky, tavení hornin a následně i vznik sopečné činnosti či zemětřesení. Pokud se modely rozcházejí s reálným záznamem v horninách, může to mít dopad na pochopení těchto jevů.

Autoři studie ovšem pracovali s jediným vzorkem z jedné lokality, a výsledky proto nelze bez dalšího zobecnit. Na tuto limitaci upozornila také Cailey Condit z Univerzity ve Washingtonu, která se na výzkumu nepodílela. Podle ní je třeba výsledky ověřit na dalších vzorcích, aby bylo možné rozhodnout, zda jde o běžný jev, nebo o specifikum zóny subdukce v oblasti Papuy Nové Guineje.

Eklogity jako ten z ostrova Goodenough jsou přitom na povrchu poměrně vzácné. Hornina, která se zanořila do hloubky desítek kilometrů, se musela vrátit zpět k povrchu, což se děje jen za zvláštních okolností. O to cennější je každý vzorek, který si uchoval záznam extrémních podmínek, jaké panují hluboko pod nohama. Další výzkum by mohl ukázat, zda podobně rychlý ohřev zaznamenaly také horniny z jiných zón subdukce po celém světě.