Hvad er levetiden for vulkanøer som Hawaii og Galapagos?

Når en varm stenrøg stiger op gennem Jordens kappe for at punktere den overliggende skorpe, det kan ikke kun skabe en vulkansk ø, men også en dønning i havbunden hundreder til tusinder af kilometer lang. Over tid bliver øen båret væk af den underliggende tektoniske plade, og fanen springer ud af en anden ø i stedet for. Over millioner af år, dette geologiske hotspot kan producere en kæde af efterfølgende øer, hvorpå livet kan blomstre midlertidigt, før øerne synker, en efter en, tilbage i havet.

Jorden er fyldt med snesevis af hotspots, inklusive dem, der producerede ø-kæderne Hawaii og Galapagos. Mens den proces, hvorved vulkanske øer dannes, ligner fra kæde til kæde, den tid, en ø tilbringer over havets overflade, kan variere meget, fra et par millioner år i tilfælde af Galapagos til over 20 millioner for De Kanariske Øer. En øs alder kan bestemme det liv og landskaber, der udvikler sig der. Og alligevel er de mekanismer, der sætter en øs levetid, stort set ukendte.

Nu har forskere ved MIT en idé om de processer, der bestemmer en vulkanøs alder. I et papir, der blev offentliggjort i dag i Videnskabens fremskridt , de rapporterer en analyse af 14 store vulkanske ø -kæder rundt om i verden. De fandt ud af, at en øs alder er relateret til to hovedgeologiske faktorer:hastigheden af ​​den underliggende plade og størrelsen af ​​den dønning, der genereres af hotspot-fanen.

For eksempel, hvis en ø ligger på en hurtigt bevægende tallerken, det vil sandsynligvis have en kort levetid, med mindre, som det er tilfældet med Hawaii, den blev også skabt af en meget stor fane. Plummen, der gav anledning til Hawaii -øerne, er blandt de største på Jorden, og mens Stillehavspladen, som Hawaii sidder på, er relativt hurtig sammenlignet med andre oceaniske plader, det tager lang tid for pladen at glide hen over fanens vidtstrakte dønning.

Forskerne fandt ud af, at dette samspil mellem tektonisk hastighed og fanestørrelse forklarer, hvorfor Hawaii-øerne holder sig over havets overflade i millioner år længere end de ældste Galapagos-øer. som også sidder på tallerkener, der kører med en lignende hastighed, men over en meget mindre plume. Til sammenligning, De Kanariske Øer, blandt de ældste ø -kæder i verden, sidde på den langsomt bevægende atlanterhavsplade og over en forholdsvis stor fane.

"Disse ø -kæder er dynamiske, isolerede laboratorier, som biologer længe har fokuseret på, " siger tidligere MIT kandidatstuderende Kimberly Huppert, undersøgelsens hovedforfatter. "Men udover undersøgelser af individuelle kæder, der er ikke meget arbejde, der relaterede dem til processer på den faste jord, kilometer under overfladen."

"Du kan forestille dig alle disse organismer, der lever på en slags løbebånd lavet af øer, som trædesten, og de udvikler sig, divergerende, migrerer til nye øer, og de gamle øer drukner, "tilføjer Taylor Perron, associeret leder af MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber. "Det, Kim har vist, er, der er en geofysisk mekanisme, der styrer, hvor hurtigt dette løbebånd bevæger sig, og hvor længe ø-kæderne går, før de falder af enden."

Huppert og Perron var medforfatter af undersøgelsen sammen med Leigh Royden, professor i jord, atmosfæriske og planetariske videnskaber ved MIT.

Synker en blæselampe

Det nye studie er en del af Hupperts MIT -specialearbejde, hvor hun hovedsageligt så på udviklingen af ​​landskaber på vulkanske ø-kæder, især Hawaii-øerne. Ved at studere de processer, der bidrager til øerosion, hun gravede en kontrovers i litteraturen om de processer, der får havbunden til at svulme op omkring hotspot -øer.

"Ideen var, hvis du opvarmer noget af bunden af ​​tallerkenen, du kan få det til at stige rigtig hurtigt ved blot termisk løft, stort set som en blæselampe under pladen, "Siger Royden.

Hvis denne idé er korrekt, så af samme grund, afkøling af den opvarmede plade skulle få havbunden til at synke og øer til sidst synke tilbage i havet. Men ved at studere alder af druknede øer i hotspotkæder rundt om i verden, Huppert fandt ud af, at øer drukner hurtigere end nogen naturlig kølemekanisme kunne forklare.

"Så det meste af denne løft og synke kunne ikke have været fra opvarmning og afkøling, " siger Royden. "Det måtte være noget andet."

Hupperts observation inspirerede gruppen til at sammenligne store vulkanske ø-kæder i håb om at identificere mekanismerne bag øløft og sænkning - som sandsynligvis er de samme processer, der sætter en øs levetid, eller tid over havets overflade.

Udvikling, på et løbebånd

I deres analyse, forskerne kiggede på 14 vulkanske ø -kæder rundt om i verden, inklusive Hawaiian, Galapagos, og De Kanariske Øer. For hver ø-kæde, de noterede den retning, som den underliggende tektoniske plade bevægede sig i, og målte pladens gennemsnitlige hastighed i forhold til hotspottet. Så målte de, i retning af hver ø -kæde, afstanden mellem begyndelsen og slutningen af ​​dønningen, eller løft i skorpen, skabt af den underliggende fane. For hver ø-kæde, de dividerede dønningsafstanden med pladehastigheden for at nå frem til et tal, der repræsenterer den gennemsnitlige tid, en vulkanø skal tilbringe på toppen af ​​fanens dønning - hvilket skulle afgøre, hvor længe en ø forbliver over havets overflade, før den synker ned i havet.

Da forskerne sammenlignede deres beregninger med den faktiske alder på hver ø i hver af de 14 kæder, herunder øer, der for længst var sunket under havets overflade, de fandt en stærk sammenhæng mellem den tid, der blev brugt oven på dønningen, og den typiske tid, øerne forbliver over havets overflade. En vulkanøs levetid, de konkluderede, afhænger af en kombination af den underliggende plades hastighed og plommens størrelse, eller svulme, som det skaber.

Huppert siger, at de processer, der sætter en øs alder, kan hjælpe forskere med bedre at forstå biodiversiteten, og hvordan livet ser forskelligt ud fra en ø-kæde til en anden.

"Hvis en ø tilbringer lang tid over havets overflade, der giver lang tid for speciering til at spille ud, " siger Huppert. "Men hvis du har en ø-kæde, hvor du har øer, der drukner hurtigere, så vil det påvirke faunaens evne til at udstråle til nærliggende øer, og hvordan disse øer er befolket."

Forskerne mener, at i en eller anden forstand, vi har samspillet mellem tektonisk hastighed og plume størrelse at takke for vores moderne forståelse af evolution.

"Du ser på en proces på den faste jord, der bidrager til, at Galapagos er et løbebånd, der bevæger sig meget hurtigt, med øer, der bevæger sig meget hurtigt af sted, med ikke lang tid til at erodere, og dette var det system, der førte til, at mennesker opdagede evolution, "Royden noter." Så på en måde satte denne proces virkelig scenen for mennesker at finde ud af, hvad evolution handlede om, ved at gøre det i dette mikrokosmos. Hvis der ikke havde været denne proces, og Galapagos havde ikke været på den korte opholdstid, hvem ved, hvor lang tid det ville have taget for folk at finde ud af det. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.