Forskere opdager manglende stykke af Hawaiis formation

Et oceanisk plateau er blevet observeret for første gang i jordens nedre kappe, 800 kilometer dybt under det østlige Sibirien, skubber Hawaiis fødested tilbage til 100 millioner år, siger en geofysiker fra Michigan State University.

Opdagelsen kom, da Songqiao "Shawn" Wei, en begavet adjunkt i geologiske videnskaber i MSU's afdeling for jord- og miljøvidenskab, bemærket noget usædvanligt i hans data ved hjælp af banebrydende teknikker. Weis forskning vil blive offentliggjort den 20. november i tidsskriftet Videnskab .

Jordens kappe er for det meste solid, men ved en højderyg i midten af ​​havet smelter den og skaber ny oceanisk skorpe mellem to tektoniske plader, såsom Stillehavspladen. Typisk, denne nye stillehavsskorpe har en ensartet tykkelse på fire miles, sagde Wei.

Mens pladerne fortsætter med at bevæge sig, en varm fane af faste klipper stiger langsomt i kappen og smelter den tektoniske plade for at skabe vulkaner som Hawaii-øerne. Mantelfanen har en svampelignende form med et bredt hoved, der er tusindvis af miles på tværs og en tynd hale, der kun er et par hundrede miles på tværs.

Wei sagde, når dette svampehoved når jordens overflade i havet, det strækker sig og flader ud, mens den smelter den altoverskyggende tektoniske plade for at danne et pandekageformet 20-mile tykt oceanisk plateau. Denne proces fortsætter, efterhånden som mere af kappen når overfladen, og den overordnede plade fortsætter med at bevæge sig. Over tid, tilbage er et stiplet spor af øer.

"Normalt, du ville se et pandekageformet oceanisk plateau skabt af svampens hoved efterfulgt af en prikket kæde af øer skabt af svampens hale, " sagde Wei. "De Hawaiianske øer er enden af ​​halen, men hvor er Hawaiis pandekagehoved?"

Der er stadig diskussioner om, hvorvidt hver kappefane skaber en "pandekage" i sin tidligste historie, og den ultimative destination for disse pandekageformede oceaniske plateauer. Forsøger at finde gammel oceanisk skorpe, inklusive gamle oceaniske plateauer, er vanskeligt, fordi skorpen kan have trukket sig ned eller gled ind i eller under en havgrav og forsvundet fra jordens overflade.

Selvom forskere generelt mener, at havskorpen er bevaret i jordens kappe efter subduktion, det er normalt for tyndt til at blive observeret ved hjælp af konventionel teknologi, såsom seismisk tomografi. Indtil nu, dette er, hvad Wei troede, der skete med Hawaiis "pandekage", indtil han opdagede et overraskende signal i dataene.

"Jeg så en usædvanlig tyk del af oceanisk skorpe omkring 500 miles under jordens overflade, " sagde han. "Tykkelsen af ​​dette stykke skorpe gjorde det muligt at skelne, men den var stadig for tynd og for dyb til at være let at finde."

Wei og hans team kompilerede det største datasæt af en specifik type seismogrammer og udførte big data-analyse og numeriske simuleringer på High-Performance Computing Cluster, der administreres af MSU Institute for Cyber-Enabled Research. Hans samarbejdspartnere omfatter:Peter M. Shearer fra Scripps Institute of Oceanography; Carolina Lithgow-Bertelloni og Lars Stixrude fra University of California, Los Angeles; og Dongdong Tian fra MSU.

Holdet kombinerede også styrkerne ved seismisk tomografi, seismisk refleksion og mineralfysik. Seismisk tomografi fra tidligere offentliggjort arbejde skaber et 3-D-billede, som afslørede et vagt billede af den gamle stillehavsplade i kappen. Seismiske refleksionsresultater - kerneobservationen af ​​dette arbejde - hjalp forskerne med at finde den tykke skorpe på store dybder. Mineralfysik blev brugt af holdet til at bevise, at det detekterede signal indikerer et stykke oceanisk plateau.

Plade-rekonstruktionsmodellering hjalp forskerne med at forbinde det nyfundne oceaniske plateau med den hawaiianske "pandekage", der blev skabt under dannelsen af ​​Hawaii-hotspottet for cirka 100 millioner år siden.

En hypotese er, at Hawaii "pandekagen" gik i to stykker.

Det ene stykke var en del af Izanagi-pladen, som forsvandt for omkring 70-80 millioner år siden. Det andet stykke var en del af Stillehavspladen, og efter at det kom ind i Kamchatka-graven for 20-30 millioner år siden, den tunge oceaniske skorpe sank dybt ind i jordens kappe senere, indtil Wei og hans hold fik øje på den.

Denne opdagelse giver ikke kun spor af Hawaiis tidlige historie, men kaster også lys over udviklingen af ​​andre hotspots, havbjerge og oceaniske plader. Forskerne planlægger at bruge denne nye teknik, der kombinerer seismisk tomografi, seismisk refleksion og mineralfysik for at finde andre "manglende pandekager" og for at fortsætte med at lede efter beviser for ældre stykker af Jordens oceaniske skorpe i den dybe Jord.