New Zealand sidder oven på resterne af en kæmpe gammel vulkansk fjer

Tilbage i 1970'erne, forskere kom med en revolutionerende idé om, hvordan Jordens dybe indre fungerer. De foreslog, at det langsomt kører som en lavalampe, med flydende klatter, der rejser sig som fjer af varm kappe fra nær jordens kerne, hvor sten er så varme, bevæger de sig som en væske.

Ifølge teorien, når disse fjer nærmer sig overfladen, begynder de at smelte, udløser massive vulkanudbrud. Men beviser for eksistensen af ​​sådanne plumes viste sig at være undvigende, og geologer havde næsten afvist ideen.

Men i et papir, der blev offentliggjort i dag, vi kan nu levere dette bevis. Vores resultater viser, at New Zealand sidder oven på resterne af sådan en ældgammel kæmpe vulkansk plume. Vi viser, hvordan denne proces forårsager vulkansk aktivitet og spiller en nøglerolle i planetens virke.

Usædvanlige vibrationer

For omkring 120 millioner år siden - i dinosaurernes tid i kridtperioden - skabte store vulkanudbrud under havet et undervandsplateau på størrelse med Indien. Over tid, den blev brudt op af tektoniske pladers bevægelser. Et fragment ligger nu under New Zealand og danner Hikurangi -plateauet.

Vi målte hastigheden af ​​seismiske trykbølger - effektivt lydbølger - og hvordan de bevæger sig gennem kappe klipper under Hikurangi -plateauet. Disse vibrationer blev udløst enten af ​​jordskælv eller bevidste eksplosioner og nåede hastigheder på 9 kilometer i sekundet.

Det er velkendt disse bølger, kendt som P-bølger, rejse i Jordens øverste kappe med en bemærkelsesværdig konstant hastighed:omkring 8,1 km i sekundet (ca. 000 km i timen). Selv små afvigelser fra denne konstante hastighed afslører vigtig information om kappestenernes tilstand.

Siden slutningen af ​​1970'erne har hurtige P-bølgehastigheder (8,7-9,0 km/s) var blevet rapporteret fra en dybde på omkring 30 km under New Zealands østlige nordø. De seismiske vibrationer, der blev registreret i disse tidlige data, kørte kun i en retning gennem en lille del af kappen, og betydningen af ​​den høje hastighed var uklar.

Vores nye data er meget mere omfattende, fra et større seismisk eksperiment i 2012, der strakte sig over den sydlige nordø og offshoreregioner, herunder Hikurangi -plateauet.

Det viser hastigheden af ​​P-bølger nået 9 km/s, uanset den vandrette retning, de rejste i. Men en omhyggelig analyse af vibrationer udløst af dybe jordskælv viste usædvanligt lave hastigheder for vibrationer, der kørte i lodret retning.

Dette afslører afgørende information om, hvordan mantelstenene er blevet strakt eller klemt af de enorme kræfter inde i Jorden, og dette viser sig at bekræfte eksistensen af ​​de undvigende fjer.

En seismisk pandekage

Det mønster af seismiske hastigheder, vi observerede, kræver, at kappeklipperne under Hikurangi -plateauet er blevet strakt og klemt på omtrent samme måde, som man kunne producere en pandekageform ved at udflade en gummikugle.

Da vi udførte computersimuleringer af stigende fjer i kappen, vi fandt ud af, at de gengav nøjagtigt dette pandekageudfladningsmønster, som det svampeformede hoved af fjorden spredes sidelæns og falder sammen nær overfladen.

Vi kiggede også på data fra seismiske forsøg fra internationale teams på andre oceaniske plateauer i det sydvestlige Stillehavsområde. Bemærkelsesværdigt, både Manihiki og Ontong-Java plateauer viste det samme mønster, som vi observerede under Hikurangi Plateau. P-bølger rejste med de samme høje hastigheder uanset den vandrette retning, men ved betydeligt lavere hastigheder i lodret retning.

Rekonstruktion af en gammel superplume

De store oceaniske plateauer i det sydvestlige Stillehav er nu spredt, men vi ved, hvordan de engang passede sammen, for omkring 120 millioner år siden. De dannede en region underlagt af et tykt lag vulkansk sten, tusinder af kilometer på tværs.

Vores analyse viser, at hele denne region lå over enkelthovedet på en kæmpe plume - en superplume - som smeltede for at producere massive lavaudbrud i løbet af en geologisk kort periode på et par millioner år.

Sibirien er det eneste andet sted på Jorden, hvor dette mønster af P-bølgehastigheder er blevet observeret i den øvre kappe. Og det viser sig, at dette også var stedet for udbredte vulkanudbrud for omkring 250 millioner år siden, menes at være forårsaget af fremkomsten af ​​en superplume.

Denne vulkanske aktivitet kan have ændret Jordens klima og udløst en masseudryddelse, der påvirkede livets udvikling.

New Zealand og nogle spredte øer i det sydvestlige Stillehav ligger på resterne af, hvad der engang var en uhyre stærk geologisk kraft. Vi ved ikke, om denne proces stadig er i gang i dag, men vores nye seismiske teknik til at finde disse superplume -rester kan hjælpe os med at opdage mere - give yderligere indsigt i de mange forbindelser mellem vores dybe indre på vores planet og det, der sker på overfladen.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.