The 3D nature of passive continental margins

Riftede kontinental marginer dannes når kontinenter blir strukket til de bryter opp. Nord-Atlanteren, for eksempel, ble dannet som følge av gjentatte faser med strekning over flere hundre millioner år før Nord-Amerika og Europa til slutt skilte lag og begynte å bevege seg fra hverandre. Kunnskap om de geologiske prosessene som fører til deling av kontinenter er viktig for å forstå utvikling av platetektoniske prosesser. Dette danner igjen grunnlag for å vurdere fare for jordskjelv og vulkanutbrudd, og for å etablere tektoniske rammeverk til nytte under leting etter olje og gass. Geofysiske data og tolkninger viser at strekning av kontinenter gir opphav til komplekse, deformerte områder med forkastninger og sedimentære avsetninger. Det er dette området vi gjerne omtraler som kontinentalmarginen. Kontinentalmarginer viser store variasjoner i bredde, fra noen hundre til nesten tusen km, fra det relativt uforstyrrede kontinentet til den vulkanske havbunnsskorpen. For eksempel har den Norske kontinentalmarginen en deformasjonsbredde på mellom ca. 250 til 500 km. Tidligere studier har foreslått at deformasjonsbredden til marginen kunne henge sammen med strekningsvinkel (skjevhet). Vi har testet denne hypotesen gjennom å analysere strekningsvinkel og deformasjonsbredde for 25 konjugerte segmenter av riftede marginer rundt Atlanteren og det Indiske havet. Vi estimerte retningen og størrelsen til strekningen, fra den første riftfasen til deling av kontinentet. Dette ble gjort ved hjelp av GPlates (www.gplates.org), en programvare som hjelper oss å rekonstruere platebevegelser over tid. Marginens deformasjonsbredde er her definert å tilsvare distansen mellom den høyeste topografien på land og et sted under havet der kontinentalskorpen blir tynnere enn ca. 10 km. Vi har funnet en svak positiv sammenheng mellom strekningsvinkel og deformasjonsbredde: marginer er smalere for høyere skjevhet. Denne sammenhengen kunne bety at mindre kraft trengs for å bryte opp kontinenter når åpningen er skjev. Numerisk simulering av strekning og påfølgende deling av kontinenter har fremhevet at deformasjonsbredden til kontinentalmarginer ikke alene bestemmes av strekningsvinkelen, men også av strekningshastigheten og skorpens reologi. Våre eksperimenter illustrerer hvordan brede riftmarginer dannes i kontinenter som er reologisk svake (for eksempel kontinenter med høy varmestrøm) og som strekkes i moderat hastighet. Hittil har slike modeller stort sett vært basert på antagelsen om at kontinenter er homogene, med horisontale litologier. Vi observerer derimot at mange riftmarginer har blitt dannet langs gamle kollisjonssoner. For eksempel, ekstensjon mellom Norge og Grønland startet relativt raskt etter at Silurisk kontinent-kontinent kollisjon hadde dannet den Kaledonske fjellkjeden. Vi har brukt numeriske metoder for å undersøke effektene av nedarvede kollisjonsstrukturer på arkitekturen til den fremtidige riftmarginen. Våre eksperimenter illustrerer hvordan ekstensjon kan bruke forkastninger fra kollisjonsfasen for å bringe opp bergarter fra dype deler av jordsskorpen til overflaten. Samtidig kan høyere temperaturer i en fjellkjede svekke skorpen nok til at ekstensjon blir lokalisert. Et fascinerende resultat av våre numeriske simuleringer er at de nedarvede effektene av kollisjonen også finnes dypt nede i mantelen, hvor strømninger produsert ved subduksjon av havbunnskorpe påvirker den senere riftdannelsen. Våre resultater viser at variasjoner i riftmarginer forårsaket av nedarvede strukturer minst like store som variasjoner forårsaket av hastighetsforskjeller og variasjoner i skorpens reologi, hvis de ikke overgår disse.

Passive margins form after rifting and break-up of a continent. They are called 'passive', but they can still experience active deformation in terms of movements, faulting and volcanism. Such active processes directly impact communities along rifted margi ns worldwide. In addition, passive margins offer great economic opportunities as many of the world's oil and gas reservoirs occur on continental shelf areas. These reasons point to the necessity of a deep understanding of the processes that shaped passive margins. Passive continental margins may form in orthogonal extension, but because plate motions are rarely exactly orthogonal to plate boundaries, it is common that plate margins experience oblique relative motions during at least part of their evolutio n. An example of oblique rifting is the early phase of extension between Norway and Greenland (in the Jurassic-Cretaceous), which was characterised by a large component of strike-slip movement. This makes margin development a 3D problem. In this project, we ask the question how the oblique character of many passive margins determined their geometry, faulting style and topographic evolution. We will attempt to answer this question by a unique combination of computer models, laboratory experiments and knowl edge from seismic and geological observations. The laboratory experiments will be built of sand and silicone (resembling brittle and ductile crustal materials) in a new modelling laboratory at the University of Bern in Switzerland. The numerical experimen ts use a new 3D modelling software developed jointly at the Geological Survey of Norway and GNS Science in New Zealand. Our experiments will provide a new view on margin development, which is of direct relevance to margin hazard, hydrocarbon exploration a nd landscape development studies.