Forskere løser hot spot-debat

Vulkaniske hotspots som dem, der skabte Hawaii-øerne, er længe blevet betragtet som stationære punkter, skabt af processer dybt inde i jordens indre.

Ved hjælp af nye palæomagnetiske data og analyser, forskere John Tarduno, en professor i jord- og miljøvidenskab ved University of Rochester; Richard Bono, en tidligere post-doc forskningsassistent i Tardunos laboratorium og nu post-doc forsker ved University of Liverpool; og Hans-Peter Bunge, en geofysiker ved München Universitet, give afgørende bevis for, at hot spots ikke er faste, men bevæger sig. Forskningen, offentliggjort i Nature Communications, løser en større debat om oprindelsen af ​​den storstilede struktur af jordens overflade og dybe indre.

Hvad er hot spots?

Jordens litosfære er den yderste skal på vores planet, sammensat af syv store puslespilsbrikker kendt som tektoniske plader. Mens hver af de tektoniske plader i dag stort set omfatter et af de syv kontinenter og Stillehavet, videnskabsmænd mener, at brikkerne engang passede sammen for at danne superkontinenter. Jordens sidste superkontinent, Pangæa, begyndte at gå i stykker for omkring 175 millioner år siden. Meget af jordens seismiske aktivitet, inklusive jordskælv og vulkaner, forekommer ved grænserne af de tektoniske plader.

Men der er andre områder på jorden præget af vulkansk aktivitet, uafhængig af pladegrænserne. Forskere omtaler disse områder som hot spots. Hot spots menes at udvikle sig over unormalt varme opstrømninger af magma i jordens kappe kaldet kappefaner. Selvom forskere ikke kan rejse til kappen for at observere disse processer, de er i stand til at udlede hot spots på grund af den vulkanisme, der udvikler sig, når magmaen skubber gennem litosfæren. De mest aktive hot spots omfatter dem under Yellowstone, Galapagos-øerne, Island, og Hawaii.

Faste vs. bevægelige hot spots

Teorien om pladetektonik blev bredt accepteret i 1960'erne, men, siger Tarduno, "at dechifrere den tidligere bevægelse af Jordens tektoniske plader og forbinde disse bevægelser med dybere processer i jorden er en vedvarende udfordring i geovidenskaberne."

I årtier efter pladetektonikkens revolution, forskere troede, at hot spots var rettet, at give en referenceramme til at måle bevægelsen af ​​jordens plader.

En ikonisk illustration af denne idé var den 60-graders bøjning i kæden af ​​øer, der udgør Hawaii. Forskere mente, at Hawaii-øerne blev skabt via en samlebåndslignende proces:en ø ville danne sig over et hot spot, bevægelsen af ​​pladen ville flytte øen væk fra hot spot, og hot spot ville forblive på plads og generere en ny ø.

I 2001 Tarduno og hans kolleger indsamlede prøver af sten og sediment via videnskabelige havboringer i Hawaiis Emperor Seamounts - undersøiske, uddøde vulkaner i Stillehavet. Ved at studere magnetismen låst i de gamle prøver - et felt kendt som paleomagnetisme - fastslog forskerne, at hot spot under Hawaii ikke var fast, men havde flyttet sig. Dette malede et billede mere i overensstemmelse med en aktivt konvektion og konstant kværnende kappe.

På trods af dette bevis, imidlertid, kontroversen om fiksiteten af ​​hot spots fortsatte.

Store områder af hot spots

Debatten blev øget, da forskere erkendte, at mange hot spots var forankret i en af ​​to store regioner over kerne-kappegrænsen:en region under Afrika og den anden under Stillehavet. Forskning fra seismologer viste, at disse var regioner, kendt som store provinser med lav forskydning (LLSVP'er), hvor seismiske bølger bevæger sig langsomt. Den langsomme hastighed betød, at regionerne var usædvanligt varme eller kemisk forskellige fra omgivende sten.

Nogle forskere mener, at LLSVP'er er relikvier af pladesubduktion, hvor en plade bevæger sig nedad i kappen under et andet sted, tyder på, at LLSVP'er konstant bevæger sig. Andre videnskabsmænd mener, at LLSVP'er er stationære og dannet ud fra en primordial formation, dateres til de tidligste processer, der formede planeten.

De nye analyser udført af Tarduno og hans team, herunder modellering, geokemi, og palæomagnetisme, foreslår, at LLSVP'er er i bevægelse, relikvier af subduktion, der har fundet sted siden Pangeas opløsning.

"LLSVP'er er tydeligvis gamle, mere end 100 millioner år gammel, men nogle forskere har hævdet, at de også er faste og dermed kan bruges som referenceramme for pladebevægelse, " siger Tarduno. "De nye analyser tyder på, at LLSVP'er kan tiltrække kappefaner, indtil LLSVP'erne og kappefanerne smelter sammen."

Forskerne opdagede også, at LLSVP'er kan gennemgå store bevægelser, der i hastighed kan sammenlignes med bevægelsen af ​​de tektoniske plader. Dette giver endnu flere beviser for, at det var bevægelsen af ​​hot spots - og ikke deres fasthed - der forårsagede bøjningen på Hawaii-øerne.