Abstrak
Pergerakan lempeng mikro Adriatik diperkirakan sangat sensitif terhadap zona subduksi di sekitarnya dan konvergensi Afrika dan Eurasia. Namun, pemahaman kita tentang dinamika mantel di wilayah Mediterania dan pengaruhnya terhadap pergerakan lempeng masih belum lengkap. Di sini, kami menyajikan serangkaian besar model termomekanik 3D dari seluruh wilayah Mediterania selama 35 juta tahun terakhir untuk memahami apa yang mengendalikan pergerakan lempeng mikro Adriatik. Simulasi memperhitungkan konvergensi lempeng Afrika dan Arab dengan lempeng Eurasia, bersama dengan dinamika sistem subduksi di Mediterania barat (Apennini-Calabria), tengah (Dinarides-Hellenides), dan di wilayah Alpen-Karpatia. Hasil kami menunjukkan bahwa sistem subduksi di sekitar Adria sangat terkait, yang menimbulkan aliran astenosfer kompleks di Mediterania tengah. Kami menemukan bahwa pergerakan lempeng mikrolempeng Adriatik selama 35 juta tahun terakhir dikendalikan oleh interaksi tiga faktor utama: (a) konvergensi antara lempeng Afrika dan Eurasia, (b) mundurnya zona subduksi Alpen ke utara Adria, dan (c) jarak antara zona subduksi Calabria dan Hellenic di sekitar Adria. Lebih jauh lagi, dalam sistem yang dicirikan oleh konvergensi aktif antara Afrika dan Eurasia, tarikan lempeng yang diberikan oleh zona subduksi di dekatnya hanya dapat memengaruhi pergerakan mikrolempeng Adriatik jika zona subduksi ini terletak dalam jarak beberapa ratus kilometer dari Adria.
Ringkasan Bahasa Sederhana
Selama 35 juta tahun terakhir, berbagai proses geologi aktif di Mediterania. Lempeng tektonik Afrika dan Arab bertabrakan dengan lempeng Eurasia, dan sebagai akibat dari konvergensi ini, berbagai zona subduksi aktif di sekitar lempeng mikro Adriatik, yang terletak di tengah sistem geologi yang kompleks ini. Studi ini menyajikan simulasi termomekanik 3D wilayah Mediterania selama 35 juta tahun terakhir. Metode ini memungkinkan kita untuk mensimulasikan bagaimana batuan berperilaku dan mengalami deformasi dalam skala waktu dan ruang yang besar. Kami melihat bagaimana berbagai zona subduksi memengaruhi gerakan lempeng mikro Adriatik. Zona subduksi di sekitar Adria memiliki polaritas yang berlawanan dan telah bergerak lebih dekat dari waktu ke waktu, yang mengakibatkan aliran mantel yang kompleks. Hasil kami menunjukkan bahwa gerakan lempeng Adria selama 35 juta tahun terakhir terutama dipengaruhi oleh lempeng Afrika yang mendorongnya dari selatan, mundurnya zona subduksi Alpen ke utara, dan Mediterania barat serta subduksi Dinarik-Hellenik ke barat dan timur Adria. Sistem subduksi di sekitar Adria dapat secara signifikan memengaruhi pergerakan lempeng hanya jika sistem tersebut terletak dalam jarak beberapa ratus kilometer dari Adria.
1 Pendahuluan
Evolusi geologis wilayah Mediterania merupakan interaksi kompleks antara terran benua dan sistem subduksi baik dalam ruang maupun waktu. Memahami proses interaksi antara berbagai sistem subduksi, seperti di Mediterania tengah dengan zona subduksi aktif Calabria dan Hellenic, masih menjadi subjek perdebatan ilmiah yang sedang berlangsung (misalnya, Chertova et al., 2014; Faccenna et al., 2001, 2014; Király et al., 2021; Royden & Faccenna, 2018; Wortel & Spakman, 1992, 2000).
35 juta tahun terakhir sangat menarik, karena periode ini kira-kira menandai dimulainya tumbukan di Pegunungan Alpen dan subduksi mundur dari Apennini-Maghrebides dan Hellenides, keduanya disertai oleh perluasan lempeng atas di Mediterania barat dan di Aegea, masing-masing (misalnya, Faccenna et al., 2014; Le Breton et al., 2021; van Hinsbergen et al., 2020). Akibatnya, 35 juta tahun lalu menjadi titik awal yang tepat untuk menyelidiki interaksi antara zona subduksi yang mundur di Mediterania dan dinamika mantel terkait. Mikrolempeng Adriatik memainkan peran penting dalam pengaturan ini karena lokasinya di antara lempeng Eropa dan Afrika yang bertemu di utara dan selatan, masing-masing (Gambar 1). Afrika telah menyatu dengan Eurasia sejak Zaman Kapur (misalnya, Dewey et al., 1989) dan saat ini, lempeng mikro Adriatik hampir seluruhnya dikelilingi oleh sabuk orogenik, dengan zona subduksi Calabria dan Hellenic yang surut di selatan, Pegunungan Apennini di barat, Pegunungan Dinarid di timur, dan Pegunungan Alpen di utara (Gambar 1). Akibatnya, lempeng mikro Adriatik sangat sensitif terhadap berbagai proses yang terjadi di Mediterania (misalnya, Király, Holt, et al., 2018; Le Breton et al., 2017; van Hinsbergen et al., 2014). Sudah lama diasumsikan bahwa Adria bertindak sebagai tanjung Afrika (misalnya, McKenzie, 1972; Muttoni et al., 2001). Namun, data geodetik menunjukkan bahwa gerakan Adria saat ini jelas berbeda dari gerakan Afrika (misalnya, D’agostino et al., 2008), dengan rotasi berlawanan arah jarum jam sehubungan dengan Eropa dan Afrika yang mungkin dimulai setelah sekitar 20 juta tahun yang lalu (misalnya, Le Breton et al., 2017; Rosenbaum et al., 2004; Ustaszewski et al., 2008).
2 Evolusi Tektonik di Mediterania
Wilayah Mediterania menunjukkan aktivitas tektonik yang menonjol sepanjang sejarah geologinya, yang diselidiki oleh berbagai rekonstruksi kinematik (misalnya, Handy et al., 2010; Jolivet & Faccenna, 2000; Le Breton et al., 2021; Menant et al., 2016; van Hinsbergen et al., 2020). Sejak sekitar 83 juta tahun lalu, Afrika bertemu dengan Eurasia dan subduksi Alpen yang miring ke selatan dimulai, yang memakan samudra Piemont-Liguria (PL) hingga sekitar 35 juta tahun lalu. Di sebelah timur lempeng mikro Adriatik, subduksi Hellenic-Dinarik mundur dan memakan kerak samudra Vardar. Selanjutnya, mundurnya gerakan mundur melambat, karena kerak benua yang tipis tersubduksi (misalnya, Menant et al., 2016).
Pada sekitar 35 juta tahun lalu, Adria bertabrakan dengan benua Eropa (misalnya, Le Breton et al., 2021; van Hinsbergen et al., 2020). Fase indentasi ini disertai oleh ekstrusi lateral ke arah timur, kemunduran cepat Pegunungan Carpathia, dan perluasan Cekungan Pannonia (Gambar 1; lihat juga misalnya, Faccenna et al., 2014; Handy et al., 2015). Dari 35 juta tahun lalu, permulaan subduksi kemunduran cepat memicu perluasan lempeng atas dan pembukaan cekungan Mediterania barat serta perluasan di Rhodopes dan Laut Aegea (Gambar 1a–1c; lihat juga misalnya, Faccenna et al., 2014). Sistem subduksi di Mediterania barat mundur ke arah Afrika. Setelah mencapai benua Afrika sekitar 15 juta tahun lalu, palung tersebut mundur ke arah Gibraltar dan Adria (Gambar 1d–1f; lihat juga misalnya, Rosenbaum et al., 2002a; Spakman & Wortel, 2004). Mundurnya sistem subduksi ini tercermin dalam gerakan blok benua yang berlabuh di laut Alboran dan Kabylies antara 15 juta tahun lalu dan 10 juta tahun lalu (Gambar 1d dan 1e: lihat juga misalnya, Rosenbaum et al., 2002a). Di sebelah timur Adria, mundurnya palung Hellenic semakin cepat sejak 15 juta tahun lalu karena subduksi kerak samudra Ionia lama (Gambar 1d–1f; lihat juga misalnya, Menant et al., 2016). Pergerakan lempeng mikro Adriatik sebelum 20 juta tahun lalu sebagian besar dipengaruhi oleh benua Afrika yang menyebabkan pergerakan Adria ke utara relatif terhadap Eropa (misalnya, Le Breton et al., 2021; Ustaszewski et al., 2008). Setelah itu, interaksi antara benua Afrika yang maju, lekukan di orogen Alpen di utara, dan zona subduksi yang mundur baik di sebelah barat maupun timur Adria pasti telah memengaruhi rotasi berlawanan arah jarum jam dan pergerakan Adria yang independen relatif terhadap Afrika (misalnya, Le Breton et al., 2017; van Hinsbergen et al., 2014). Dalam penelitian ini, kami bertujuan untuk menguji hipotesis ini dengan pemodelan termomekanik untuk mempelajari lebih lanjut tentang gaya yang mendorong pergerakan Adria.
3 Pengaturan Model Awal
Berikut ini adalah deskripsi terperinci tentang pengaturan awal untuk model referensi (REF). Pengaturan ini dikembangkan dengan menemukan model referensi yang paling sesuai dengan mekanisme orde pertama di Mediterania sejak 35 juta tahun lalu. Pengaturan ini didasarkan pada berbagai rekonstruksi tektonik di area tersebut (misalnya, Faccenna et al., 2014; Le Breton et al., 2021; Rosenbaum et al., 2002a) dan terus diperbarui berdasarkan pengetahuan yang diperoleh dari menjalankan lebih dari 500 simulasi.
Pengaturan model terdiri dari area persegi panjang, dengan dimensi 6.000 km di arah timur-barat dan 3.500 km di arah selatan-utara. Telah ditunjukkan bahwa untuk model sebesar ini, kelengkungan Bumi memiliki efek kecil pada dinamika litosfer dan oleh karena itu kotak model kartesius sudah memadai (Macherel et al., 2024). Ekstensi vertikal mencapai kedalaman 660 km (Gambar 2a dan 2b). Di atas unit kerak, terdapat lapisan udara lengket setebal 50 km untuk memperhitungkan permukaan bebas (Crameri et al., 2012), sehingga total kedalaman model adalah 710 km. Parameter material lapisan ini diberikan dalam Tabel 1. Konfigurasi kerak awal model menampilkan komposisi yang beragam termasuk margin benua setebal 10 km (kerak benua yang menipis), kerak samudra setebal 10 km dan kerak benua setebal 35 km dan kerak orogenik setebal 40 km (Gambar 2a).
4 Hasil
Lebih dari 500 simulasi 3D dilakukan untuk menentukan model referensi (REF) yang paling sesuai dengan gerakan berbagai front subduksi-tumbukan, blok benua di Mediterania Barat (Korsika-Sardinia, Al-Ka-Pe-Ca (lihat Gambar 1)) dan gerakan dan rotasi Adria dibandingkan dengan rekonstruksi geologis wilayah tersebut (Bagian 2). Memang, model REF mereproduksi dengan baik kemunduran palung dari berbagai zona subduksi (misalnya, kemunduran sekitar 1.000 km dari zona subduksi Calabria dan Hellenic). Kami membandingkan jumlah total rotasi berlawanan arah jarum jam dan gerakan ke utara lempeng mikro Adriatik. Model REF mereproduksi dengan baik rotasi Adria, sementara gerakan ke utara Adria secara keseluruhan lebih rendah dalam model (sekitar 170 km) dibandingkan dengan rekonstruksi tektonik (sekitar 280 km). Hubungan antara gerakan ke utara Adria dan dinamika subduksi di Pegunungan Alpen dibahas dalam Bagian 6.3. Informasi lebih lanjut tentang perbandingan kuantitatif antara model REF dan rekonstruksi tektonik tersedia di Teks S1 dan Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1.
Bagian berikut memberikan deskripsi terperinci tentang REF, dengan perhatian khusus diberikan pada dinamika di sekitar lempeng mikro Adriatik. Untuk memvisualisasikan lempeng yang mengalami subduksi, lapisan setebal 80 km di bawah permukaan lempeng dan kerak yang terdiri dari material mantel digunakan untuk melacak gerakan. Hasilnya akan ditampilkan dengan mengacu pada waktu geologis (Mata), dengan 35 Ma menandai titik awal simulasi. Kami menyediakan animasi simulasi utama dalam Informasi Pendukung S1.
4.1 Simulasi Referensi
Dinamika subduksi REF didominasi oleh subduksi rollback. Umumnya, WMS mundur ke selatan, DHS mundur ke barat daya, dan AlCS mundur ke utara (Gambar 3). Mundurnya lempeng dipengaruhi oleh berbagai parameter, seperti luas dan bentuk kerak benua dan samudra atau struktur suhu litosfer. Di bawah ini kami menjelaskan setiap sistem subduksi secara lebih rinci.
5.1.1 Aliran Mantel
Bagian ini memberikan deskripsi terperinci tentang aliran mantel astenosfer dalam REF. Secara umum, dua jenis pola aliran dapat diamati: aliran poloidal, yang bersirkulasi dalam bidang vertikal, dan aliran toroidal di sekitar tepi lempeng, yang bersirkulasi secara horizontal.
Kita mulai dengan memeriksa pola aliran poloidal di astenosfer. Arah dan besarnya aliran astenosfer dapat diamati pada Gambar 5. DHS mundur ke barat daya, yang menyebabkan aliran tegak lurus palung antara 35 juta tahun lalu dan 25 juta tahun lalu. Hal ini khususnya terlihat di bagian selatan lempeng (Gambar 5a dan 5b). Gambar 5g menunjukkan penampang vertikal melalui model. Dapat diamati bahwa mundurnya DHS menyebabkan sel aliran poloidal di barat daya dan timur laut lempeng. Sel aliran poloidal di timur laut terletak di bagian bawah astenosfer, di atas potongan lempeng horizontal yang terletak di bagian bawah model. Karena lempeng tersebut tetap terhubung sepenuhnya, gaya tarik lempeng tersebut sebagian ditransmisikan melalui lempeng yang mengalami subduksi ke bagian bawah subduksi. Kecepatan terbesar diamati di bagian belakang busur sistem, tempat material astenosfer naik. Hal ini mengakibatkan terbentuknya sel aliran poloidal antara area ekstensional bagian belakang busur dan lempeng datar di bagian bawah mantel atas. Sel aliran poloidal kedua terletak di barat daya lempeng (Gambar 5g). Sel tersebut terletak di bawah litosfer, yang mengalami gerakan ke utara. Hal ini mengakibatkan terbentuknya sel aliran rotasi searah jarum jam.
5.1.2 Pergerakan Lempeng Adria
Dinamika subduksi kompleks yang dibahas di atas juga mengarah pada pola pergerakan lempeng yang rumit. Bagian ini memberikan deskripsi terperinci tentang evolusi temporal pergerakan lempeng Adria.
Gambar 7 menampilkan pergerakan lempeng mikrolempeng Adriatik dan area di sekitarnya seperti benua Afrika di selatan atau blok benua di Mediterania barat. Antara 35 juta tahun lalu dan 22 juta tahun lalu, Adria bergerak sesuai dengan Afrika di utara (Gambar 7a). Setelah 22 juta tahun lalu, pergerakan Adria dan Afrika mulai menyimpang sebagian. Bagian selatan Adria masih bergerak persis ke arah yang sama dengan Afrika, sedangkan bagian utara Adria mengalami perubahan arah ke barat laut (Gambar 7b). Seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 7a dan 7b, setelah 22 juta tahun lalu, wilayah paling utara Adria bergerak kira-kira ke arah barat laut yang sama dengan palung AlCS yang surut, yang terletak di utara. Secara keseluruhan, hal ini mengarah pada rotasi mikrolempeng Adriatik yang berlawanan arah jarum jam.
5.2 Studi Parameter
Selama studi ini, banyak simulasi dilakukan dengan konfigurasi yang bervariasi untuk mengidentifikasi model yang secara memadai mewakili proses orde pertama yang diamati di Mediterania. Meskipun kami tidak dapat menyajikan semua model, di sini kami membahas pilihan representatif di mana parameter tertentu diubah sehubungan dengan REF, untuk memperoleh pemahaman tentang bagaimana variasi dalam parameter model memengaruhi hasil.
5.2.1 Pengaruh Zona Lemah
Zona lemah model sangat sensitif terhadap perubahan sifat material. Perubahan kecil pada sudut gesekan dengan cepat menyebabkan perubahan dinamika subduksi, seperti yang diamati pada Sim12 dan Sim13 (Tabel 4). Pada Sim12, sudut gesekan zona lemah 4, yang meliputi wilayah Carpathians, berkurang dari 4,5° (REF) menjadi 3,5°. Hal ini menyebabkan robeknya lempengan yang lebih cepat. Namun, jika sudut gesekan ditingkatkan menjadi 5,5° (Sim13), lempengan tidak putus seluruhnya, sehingga sebagian lempengan masih melekat setelah waktu simulasi 35 juta tahun. Uji sensitivitas serupa dilakukan untuk zona lemah 9, di wilayah lempengan Gibraltar, dan zona lemah 5, di batas utara lempengan Afrika. Dalam Sim10 sudut gesekan zona lemah 9 dikurangi menjadi 11,5° yang menyebabkan lempeng Gibraltar bergerak mundur lebih cepat, sementara peningkatan sudut gesekan menjadi 13,5° mengurangi kecepatan mundur di wilayah tersebut dan lempeng mulai patah di mantel. Kekuatan zona lemah 5 sangat penting, karena menentukan kecepatan mundur zona subduksi Apennini-Calabrian dan Dinarik-Hellenik. Dalam Sim1, di mana sudut gesekan zona lemah 5 dikurangi menjadi 4,5°, zona subduksi yang disebutkan di atas sudah menyatu setelah 34 juta tahun lalu, sedangkan dalam REF hal ini hanya terjadi setelah 37 juta tahun lalu. Sim5 memiliki zona lemah 5 yang lebih kuat (= 5,25°), sehingga zona subduksi belum menyatu setelah 40 juta tahun lalu. Mengubah sudut gesekan zona lemah juga memengaruhi interaksi zona subduksi yang berbeda. Jika sudut gesekan zona lemah 5 lebih besar, perambatan patahan lempeng di Afrika lebih lambat. Hal ini mengakibatkan periode koneksi lateral yang lebih lama antara GS dan ApCS dibandingkan dengan REF. Dalam kasus lempeng Gibraltar, hal ini mengakibatkan kecepatan mundur yang umumnya lebih rendah, yang mengarah pada patahan lempeng yang lengkap. Hal ini tidak terjadi jika sudut gesekan zona lemah 5 jauh lebih rendah (Sim1).
5.2.2 Reologi Mantel
Hasil simulasi juga sangat sensitif terhadap reologi mantel. Kombinasi difusi dan dislokasi digunakan dan dengan mengubah parameter seperti volume aktivasi dalam batang kesalahan yang diberikan oleh Hirth dan Kohlstedt (2003), dinamika mantel berubah secara drastis (lihat Sim18, Sim19, Sim20). Dengan mengubah volume aktivasi dari
menjadi dan menjadi reologi mantel menjadi jauh lebih lemah dan dengan demikian kecepatan mundur lempeng menjadi jauh lebih tinggi (Sim20).
5.2.3 Subduksi Litosfer Adriatik di Utara Adria
Subduksi litosfer Adriatik tidak diamati di REF. Di Sim28, tidak ada AlCS awal. Dalam kasus ini, inisiasi proses subduksi, di mana litosfer Adriatik tersubduksi di bawah Eropa, dapat diamati di utara Adria setelah 2 juta tahun. Perilaku serupa dapat diamati jika zona lemah di utara Adria (WZ 11) lebih dalam daripada di REF. Jika kedalaman zona lemah awalnya mencapai 160 km, bukan 80 km (Sim31), subduksi di utara Adria dimulai pada 25 juta tahun, setelah subduksi Alpen berhenti.
5.2.4 Luas Kerak Ionia
Luas dan bentuk berbagai fase kerak juga memiliki dampak signifikan pada hasil simulasi. Memodifikasi luas koridor samudra di selatan Adria memengaruhi dinamika subduksi. Pada Sim24, koridor samudra lebih sempit daripada di REF, yang mengakibatkan kecepatan mundur ApCS lebih lambat. Hal ini, pada gilirannya, menyebabkan subduksi berhenti mundur tanpa mencapai posisi yang sama seperti pada REF. Namun, koridor yang lebih lebar memfasilitasi mundurnya zona subduksi Apennini-Calabrian (Sim25).
5.2.5 Tidak Ada Dorongan Lempeng Afrika dan Arab
Pada Sim7, baik lempeng Afrika maupun lempeng Arab tidak bergerak ke utara. ApCS dan DHS menunjukkan perilaku dinamis yang hampir identik seperti pada REF, namun lempeng mikro Adriatik tidak bergerak ke utara sama sekali. Pada sekitar 24 Ma, Gambar 9a dan 9e menunjukkan bahwa Adria mengalami rotasi berlawanan arah jarum jam. Selama fase ini, kecepatan lempeng umumnya rendah. Hal ini berubah untuk pertama kalinya pada sekitar 14 Ma, ketika gerakan lempeng Adriatik bergeser ke arah barat daya (Gambar 9b dan 9f). Hal ini terjadi pada saat yang sama dengan pecahnya lempeng WMS di perbatasan dengan Afrika. Kecepatan lempeng di seluruh mikrolempeng Adriatik meningkat antara 14 juta tahun lalu dan 10 juta tahun lalu (Gambar 9f dan 9g). Antara 10 juta tahun lalu dan saat ini, baik ApCS maupun DHS mundur ke arah selatan Adria dan pergerakan lempeng Adria berubah ke arah tenggara.
6 Pembahasan
6.1 Perbandingan Model Referensi dengan Rekonstruksi Tektonik
Model referensi dimaksudkan untuk mereproduksi proses orde pertama yang diamati di Mediterania, sebagaimana disimpulkan dari rekonstruksi geologi. Ada banyak parameter model yang memengaruhi dinamika simulasi, dan khususnya waktu proses sering kali sangat sensitif terhadap perubahan kecil dalam reologi mantel. Namun, kita tetap dapat mempelajari beberapa pelajaran yang berguna dari fitur orde pertama yang diamati dalam simulasi. Pada bagian berikut, evolusi temporal subduksi di Mediterania barat, subduksi Alpen-Karpatia, dan subduksi Dinarik-Hellenik di REF digambarkan lebih dekat dan ditempatkan dalam konteks dengan karya lain. Untuk memudahkan perbandingan rekonstruksi lain dengan REF, Gambar 10 mengilustrasikan gerakan palung zona subduksi di REF.
6.2 Interaksi Dinamis Antara Sistem Subduksi di Mediterania
Temuan kuat dalam semua simulasi adalah bahwa aliran mantel di Mediterania sebagian besar bersifat toroidal, konsisten dengan penelitian sebelumnya (misalnya, Kincaid & Griffiths, 2003; Z.-H. Li & Ribe, 2012; Schellart, 2024; Stegman et al., 2006), yang menunjukkan bahwa aliran toroidal lebih disukai oleh zona subduksi rollback yang sempit. Aliran toroidal di astenosfer terutama didorong oleh variasi tekanan dinamis (misalnya, Holt et al., 2017; Pusok & Stegman, 2019). Model REF menunjukkan bahwa sistem subduksi yang berbeda aktif dalam jarak beberapa ratus kilometer dari satu sama lain, seperti yang diamati di Mediterania, menghasilkan pola tekanan dinamis horizontal yang sangat tidak seragam. Hal ini menghasilkan berbagai macam interaksi dinamis dari sistem subduksi, seperti aliran paralel palung di selatan lempeng Alpen-Karpatia atau aliran lepas astenosfer di bawah Adria. Mundurnya sistem subduksi terutama didorong oleh daya apung. Ketika membandingkan mundurnya model REF dengan Sim7, di mana tidak ada konvergensi antara Eurasia dan Afrika/Arab, terlihat jelas bahwa gerakan lempeng Afrika dan Arab hanya sedikit memengaruhi kemunduran zona subduksi di Mediterania.
Aliran lepas di bawah Adria ke utara dan ke selatan disebabkan oleh mundurnya sistem subduksi yang terletak di timur dan barat Adria. Konvergensi sistem subduksi ini menghasilkan peningkatan tekanan dinamis antara lempeng, yang pada gilirannya menimbulkan aliran lepas di kedua arah utara dan selatan. Aliran paralel-parit yang diamati ini konsisten dengan model numerik lain dari dua model subduksi yang miring ke luar (misalnya, Di Leo et al., 2014; Király et al., 2021; Király, Holt, et al., 2018). Di utara, aliran lepas didorong oleh peningkatan tekanan di bawah Adria. Aliran toroidal di sekitar tepi utara lempeng Dinarik lebih lemah daripada aliran lepas yang diarahkan ke utara (Gambar 6f). Ini konsisten dengan hasil pemisahan SKS dari berbagai penelitian yang telah menganalisis aliran mantel saat ini (misalnya, Salimbeni et al., 2022; Subašić et al., 2017). Di selatan, aliran lepas memiliki komponen toroidal yang kuat di sekitar tepi lempeng selatan lempeng Calabria (Gambar 6f). Pola aliran melingkar di sekitar tepi lempeng ini juga telah diamati dalam penelitian lain (misalnya, Civello & Margheriti, 2004; Jolivet et al., 2009; Scarfì et al., 2023).
Kovács et al. (2012), Link dan Rümpker (2023) atau Petrescu et al. (2020) mengusulkan aliran astenosfer paralel palung di wilayah Alpen, yang dalam model kami dapat dibenarkan oleh perubahan arah aliran yang diamati selama 35 juta tahun terakhir. Arah aliran telah bergeser dari orientasi tegak lurus palung sebelum 25 juta tahun lalu menjadi orientasi sejajar palung di wilayah Alpen. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh perbedaan tekanan dinamis antara utara Adria di barat dan Carpathians di timur. Di wilayah barat, tekanan dinamis meningkat antara lempeng Apenninik dan lempeng Dinarik. Sebaliknya, di wilayah timur, tekanan dinamis rendah karena kemunduran cepat lempeng Carpathian. Hal ini mengakibatkan aliran sejajar palung di Pegunungan Alpen, yang mendukung aliran tegak lurus palung di Carpathian. Hal ini, pada gilirannya, mendukung kemunduran zona subduksi di Carpathian, yang telah diusulkan oleh Kovács et al. (2012).
Lempengan dalam REF adalah representasi sederhana dari struktur lempengan aktual yang diamati oleh studi seismik (misalnya, Paffrath et al., 2021; Rappisi et al., 2022; Spakman & Wortel, 2004). Seperti yang dinyatakan sebelumnya, keberadaan jendela lempengan telah diidentifikasi di timur dan barat Adria (misalnya, Rappisi et al., 2022). Dengan terbukanya jendela lempeng, sel aliran toroidal terbentuk di sekitar tepi lempeng (misalnya, Király et al., 2020; Király, Faccenna, & Funiciello, 2018). Hal ini juga dapat diamati di Sim16, di mana jendela lempeng terbuka di barat daya Adria. Konsekuensi dari hal ini adalah pola aliran yang lebih kompleks dan perubahan geometri parit. Perubahan geometri parit ini telah diselidiki oleh model numerik dan analog (misalnya, Király et al., 2020; Király, Faccenna, & Funiciello, 2018). Dalam kasus zona subduksi Apennin-Kalabria, hal ini menyebabkan terbentuknya busur Apennin dan Kalabria, yang menjelaskan perbedaan geometri parit antara REF dan pengamatan. Dalam REF palung ApCS lurus dan memanjang, sementara pengamatan menunjukkan palung melengkung dari subduksi Apennini dan Calabria (Faccenna et al., 2004). Namun, banyak dari jendela lempeng ini tampaknya merupakan fitur baru seperti jendela lempeng antara lempeng Apennini dan Calabria yang kemungkinan terjadi dalam 2 juta tahun terakhir (misalnya, Faccenna et al., 2004; Gueguen et al., 1998; Király et al., 2020, 2021). Jendela lempeng antara lempeng Siprus dan lempeng Hellenic mencapai kedalaman yang hampir sama.
6.3 Pergerakan Lempeng Adria dan Kekuatan Pendorong
Pergerakan lempeng Adria selama 35 juta tahun terakhir diperkirakan sangat dipengaruhi oleh lempeng Afrika (misalnya, McKenzie, 1972). Namun, pada suatu titik, arah pergerakan lempeng Adria terhadap Afrika berubah (misalnya, D’agostino et al., 2008). Model referensi mereproduksi dengan cukup baik pergerakan lempeng Adriatik saat ini yang dijelaskan oleh data geodetik, yang menunjukkan rotasi Adria berlawanan arah jarum jam relatif terhadap Eropa, dengan kutub yang terletak di barat laut lempeng (D’agostino et al., 2008). Dengan memeriksa pergerakan lempeng Adria dalam REF dan studi parameter, kita dapat melihat bahwa rotasi dan pergerakan Adria yang independen ini merupakan hasil dari interaksi antara pergerakan lempeng Afrika dan dinamika zona subduksi di sekitarnya.
Dapat diamati bahwa sementara Afrika terus mendorong, Adria mulai berputar terhadap Afrika pada tahap tertentu. Hal ini terjadi sementara subduksi Calabria di barat daya Adria dan subduksi Hellenic di tenggara mundur ke arah Adria. Untuk lebih memahami hal ini, perbedaan arah antara bagian selatan Adria dan Afrika diplot terhadap jarak horizontal terpendek antara palung Calabria dan palung Hellenic (Gambar 11). Hal ini memungkinkan untuk membandingkan simulasi yang berbeda dan membuatnya tidak bergantung pada waktu, tetapi bergantung pada dinamika subduksi di sekitar Adria. Rotasi lempeng mikro Adriatik terhadap Afrika dimulai hanya ketika palung tersebut memotong ambang batas sekitar
(Gambar 11a). Sebelum mencapai tahap ini, Adria dan Afrika bergerak ke arah yang sama. Selanjutnya, perbedaan sudut antara Adria dan Afrika meningkat secara linear saat jarak palung berkurang (Gambar 11a). Hal ini dapat dijelaskan oleh interaksi berbagai faktor. Bagian utara Adria sudah mulai melambat sebelum rotasi bagian selatan (Gambar 8b). Hal ini dapat dikaitkan dengan perlambatan zona subduksi Alpen di utara Adria. Selama periode ini, lempeng Afrika bergerak ke utara dengan kecepatan yang jauh lebih cepat daripada bagian utara lempeng Adriatik. Karena zona subduksi Apennin-Calabrian dan Hellenic-Dinarik mundur ke arah Adria, hubungan antara Adria dan Afrika menjadi semakin menyempit. Hal ini mengakibatkan Afrika hanya mendorong bagian tenggara Adria, sedangkan bagian barat laut Adria tetap diam (Gambar 7b–7d). Konstelasi geometris ini memaksa Adria berputar berlawanan arah jarum jam, untuk mengimbangi pergerakan Afrika ke utara. Tarikan lempeng yang dihasilkan oleh lempeng di sekitarnya saja tidak cukup untuk menarik Adria ke timur laut. Hal ini dapat dilihat pada Sim7 di mana Afrika tidak mendorong. Dalam kasus ini, satu-satunya faktor yang menentukan pergerakan lempeng Adria adalah zona subduksi di sekitarnya. Jika zona subduksi ini berada dalam jarak beberapa ratus kilometer dari Adria, pergerakan Adria akan diarahkan ke tenggara, bukan ke timur laut.
6.4 Keterbatasan Pendekatan Pemodelan Kami
Dimensi model bersifat terbatas, tidak seperti alam. Pola aliran berskala besar dapat dipengaruhi oleh dimensi model dan aliran keluar yang ditentukan di semua batas kotak. Lebih jauh, dalam model kami, batas bawah, pada kedalaman 660 km, tertutup dan tidak ada interaksi dengan mantel bawah yang potensial. Namun, hal ini juga dapat memengaruhi dinamika, dengan memperkenalkan sel aliran poloidal yang bekerja melintasi mantel bawah dan atas (misalnya, Schellart, 2024). Khususnya dalam kasus sistem subduksi Hellenic, mantel bawah dapat memberikan pengaruh pada dinamika subduksi, mengingat bahwa dalam REF pada 35 Ma lempeng Hellenic sudah mencapai diskontinuitas 660.
Model kami juga tidak memiliki lempeng Anatolia yang bergerak ke arah barat, yang kemungkinan akan mengubah gerakan lempeng di tenggara Adria (misalnya, Glerum et al., 2021; Serpelloni et al., 2022). Gerakan ini juga dapat berkontribusi pada gerakan lempeng yang diamati di selatan Adria, yang dalam kasus ini tidak hanya terkait dengan Afrika tetapi juga dengan lempeng Anatolia. Meskipun demikian, hal itu seharusnya tidak memengaruhi dinamika model secara signifikan, karena lempeng yang lebih tinggi ini bukanlah gaya pendorong utama di balik subduksi Hellenic; melainkan, gaya apung lempeng itu sendiri. Keterbatasan lainnya adalah batas vertikal timur dari domain model. Dalam model kami, lempeng Hellenic dengan cepat terlepas dari batas timur untuk berguling cepat ke arah barat. Mundurnya lempeng tersebut diperkuat oleh tarikan lempeng dari lempeng yang terlepas. Pada kenyataannya, lempeng tersebut tetap menempel di timur, mengurangi gaya tarik lempeng yang memfasilitasi mundurnya lempeng tersebut ke arah barat dalam model kami. Secara umum diasumsikan bahwa konvergensi antara Afrika dan Eropa aktif selama 35 juta tahun terakhir, sementara besarnya proses ini mungkin telah berubah seiring waktu. Dalam penelitian mereka, Jolivet dan Faccenna (2000) mengusulkan peningkatan laju konvergensi antara Afrika dan Eurasia pada 30 juta tahun lalu, diikuti oleh penurunan setelah 20 juta tahun lalu. Di sisi lain, Reilinger dan McClusky (2011) mengusulkan dua periode di mana laju konvergensi melambat, satu terjadi sekitar setelah 25 juta tahun lalu dan yang lainnya pada 11 juta tahun lalu. Untuk memperhitungkan konvergensi Afrika dan Eurasia dalam simulasi kami, proses yang disederhanakan diterapkan dengan menggunakan kecepatan dorong Afrika yang konstan dari waktu ke waktu.
7 Kesimpulan
Penelitian saat ini menggunakan pemodelan numerik 3D untuk menyelidiki dinamika subduksi di sekitar lempeng mikro Adriatik di wilayah Alpen-Mediterania. Kami dapat mereproduksi kemunduran palung orde pertama dari zona subduksi utama di Alpen-Mediterania, serta gerakan dan rotasi lempeng dan blok benua yang terlibat. Hasil pemodelan menyoroti interaksi kompleks antara zona subduksi ini dan pengaruhnya terhadap dinamika mantel dan kinematika lempeng mikro Adriatik. Ruang parameter yang besar dapat dieksplorasi secara ekstensif dengan menjalankan lebih dari 500 simulasi termomekanik 3D.
Lebih jauh, pengaruh zona subduksi di sekitarnya dan konvergensi antara Afrika dan Eurasia pada gerakan lempeng Adria diteliti. Telah dibuktikan bahwa bagian utara Adria terutama dipengaruhi oleh interaksi antara gerakan lempeng Afrika dan sistem subduksi di Pegunungan Alpen. Setelah lempeng Alpen berhenti bergerak ke utara, gerakan Adria ke utara juga berhenti meskipun Afrika terus bergerak ke utara.
Pemeriksaan seluruh lempeng mikro Adriatik mengungkapkan bahwa lempeng tersebut mulai berputar terhadap Afrika pada titik tertentu. Rotasi ini dapat dikaitkan dengan sejumlah faktor. Pertama, bagian utara lempeng Adriatik melambat sebagai akibat dari berhentinya lempeng Alpen. Sebaliknya, Afrika terus bergerak ke utara, sementara subduksi Calabria di barat dan subduksi Hellenic di timur mendekati Adria, yang secara efektif mempersempit hubungan antara Adria dan benua Afrika. Karena jarak antara kedua palung menyempit (sekitar kurang dari 1.000 km), pengaruh dorongan Afrika berkurang ke bagian tenggara Adria. Karena Adria terfiksasi di timur laut pada titik ini, hal ini mengakibatkan rotasi lempeng mikro berlawanan arah jarum jam. Tarikan lempeng dari zona subduksi yang mengelilingi Adria saja tampaknya tidak cukup untuk menjadi pendorong utama rotasi lempeng Adria. Namun demikian, semakin dekat palung tersebut dengan lempeng mikro Adriatik, semakin besar pengaruh zona subduksi di sekitarnya terhadap gerakan Adria. Perubahan mendadak dalam dinamika subduksi, seperti patahan lempeng, dapat secara signifikan meningkatkan dampak zona subduksi pada gerakan lempeng Adria. Kesimpulannya, dalam suatu sistem yang di dalamnya terdapat konvergensi berkesinambungan antara Afrika dan Eurasia, pergerakan lempeng Adria terutama dipengaruhi oleh interaksi tiga faktor: (a) konvergensi antara lempeng Afrika dan Eurasia, (b) mundurnya zona subduksi Alpen ke utara, dan (c) jarak antara mundurnya zona subduksi Calabria dan Hellenic di sekitar Adria.
