Naukowcy znajdują pod skorupą ziemską zaskakująco fascynujące „gorące punkty”

Nowe badanie wykazało, że gorące punkty, które utworzyły wyspy wulkaniczne, takie jak Hawaje, Islandia i Wyspy Galapagos, często mogą być zaskakująco fajne.

Wyniki te sugerują, że takie gorące punkty nie zawsze mogą powstawać z przegrzanych gigantycznych pióropuszy Kamień Naukowcy zauważyli, że płynie tak blisko jądra Ziemi, jak wcześniej sądzono.

Wulkany zwykle znajdują się w pobliżu granic płyt tektonicznych, powstałych w wyniku zderzeń między tymi gigantycznymi płytami skalnymi, gdy dryfują nad warstwą płaszcza między jądrem Ziemi a skorupą. Klasycznymi przykładami tych wulkanów są te, które tworzą tak zwany Pierścień Ognia na skraju Oceanu Spokojnego.

Jednak wulkany czasami wybuchają w środku płyt tektonicznych. Źródłami tych hotspotów mogą być: kolumny płaszczowe, pióropusze gorącej, przypominającej grzyby skały wznoszą się z głębokiego płaszcza, wypalając materiał nad nimi jak lampa lutownicza. Gdy płyty tektoniczne wędrują nad tymi pióropuszami, geolodzy uważają, że mogą powstać łańcuchy wysp wulkanicznych.

Wcześniejsze badania sugerowały, że gorące punkty wulkaniczne są o 100 do 300°C (180-540°F) gorętsze niż w środkowych kręgach oceanicznych, gdzie magma unosi się, gdy płyty tektoniczne rozprzestrzeniają się pod wodą. Poparł ten pogląd, że gorące punkty były ogrzewane przez materię z gorącego jądra Ziemi i grzbietów śródoceanicznych przez chłodniejsze skały płaszcza.

Naukowcy odkryli, że wiele gorących punktów jest znacznie chłodniejszych niż wcześniej sądzono, co rodzi pytania o ich pochodzenie. „Duża część hot spotów nie pasuje do klasycznego stylu kolumna Vedran Lekic, sejsmolog z University of Maryland w College Park, który nie był zaangażowany w te badania, powiedział.

W nowym badaniu naukowcy przeanalizowali prędkość fal sejsmicznych, które przechodzą przez płaszcz pod gorącymi punktami i grzbietami oceanicznymi, aby oszacować temperatury w tych miejscach. (Fale sejsmiczne przemieszczają się szybciej przez zimną skałę.)

Około 45% hotspotów jest gorętszych niż grzbiety śródoceaniczne o ponad 155°C (279°F). Jednak tylko około 40% temperatury o temperaturze 50–136 °C (90–245 °F) jest gorętsze niż grzbiety śródoceaniczne i nie są one szczególnie gorące, a zatem nie unoszą się wystarczająco, aby podtrzymywać energetyczne łupki skalne z głębokiego płaszcza . Co więcej, prawie 15% hotspotów jest wyjątkowo zimnych i tylko o 36°C gorętszych lub niższych od średniej.oceaniczne wzgórza.

Aby rzucić światło na pochodzenie tych różnych typów gorących punktów, naukowcy zbadali również stosunek rzadszego helu-3 do bardziej powszechnego helu-4 w skałach. (Jądra atomowe helu-3 mają tylko jeden neutron, a jądra helu-4 zawierają dwa).

Hel w skorupie ziemskiej składa się głównie z helu-4 pochodzącego z pękania uranu i innych izotopów promieniotwórczych na przestrzeni czasu, podczas gdy hel głęboko w Ziemi jest znacznie bogatszy w hel-3, prawdopodobnie pochodzący ze starożytnych zbiorników materialnych, które zachowują pierwotny istniejący stosunek wśród tych izotopów. We wczesnych dniach planety Ziemia. Naukowcy odkryli, że gorące punkty mają znacznie wyższy stosunek helu-3 do helu-4 niż zimne gorące punkty.

Chociaż klasyczny model gorących punktów powstających z pióropuszy wypływających z głębokiego płaszcza może wyjaśniać gorące punkty, w tym te najbardziej znane, takie jak te leżące u podstaw Hawajów, Islandii, Galapagos, Samoa i Wyspy Wielkanocnej, „prawda może być taka, że ​​tylko autor, geodynamiczny naukowiec z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, powiedział, że kilka gorących punktów naprawdę zachowuje się jak nasz klasyczny model pióropuszy płaszcza i gorących punktów.

„To potwierdza to, co niektórzy badacze twierdzili wcześniej, że termin »gorący punkt« jest mylący i że wulkany, które nie pasują do modelu płyt tektonicznych, powinny być zamiast tego określane jako »aberracje syntezy«”. Uniwersytet Nowego Meksyku, który nie był zaangażowany w tych badaniach.

Alternatywnie, chłodniejsze gorące punkty mogą pochodzić z górnego płaszcza, z wolno poruszających się głębokich pióropuszy, które mają więcej czasu na ochłodzenie, lub z głębokich pióropuszy, które wchodzą w interakcje i ochładzają się poprzez wirowanie płaszcz Kamień. „Jeśli to prawda, wyjaśnienie takiego odkrycia będzie dla geodynamików wyzwaniem” – powiedział Bernhard Steinberger, geodynamiczny naukowiec z Niemieckiego Centrum Badawczego Nauk o Ziemi w Poczdamie, który nie brał udziału w tych pracach. „Te odkrycia niewątpliwie zapoczątkują nowe badania”.

Ogólnie rzecz biorąc, Lithgow-Bertelloni powiedział: „Klasyczny widok kolumn nie jest tak bardzo wadliwy, że jest bardziej złożony niż 30 do 50 lat temu”.

Zamiast tego, powiedział Steinberger, ta praca „wskazuje na znacznie większą różnorodność między kolumnami”. „To trochę tak, jak z nowym zbliżeniem planety lub księżyca. Ma kilka zupełnie nieoczekiwanych cech. Ale wciąż jest okrągły”.

Lithgow-Bertelloni powiedział, że w przyszłości naukowcy chcieliby bardziej szczegółowo analizować każdy gorący punkt, aby lepiej poznać ich temperaturę. Ma również na celu uruchomienie większej liczby symulacji komputerowych, aby przetestować wiele fajnych rzeczy Hotspot Dodano scenariusze.

Naukowcy szczegółowo opisali swoje odkrycia w wydaniu czasopisma z 7 stycznia Nauka.

Ta historia została ponownie opublikowana za zgodą Inside Science. Przeczytaj oryginalną historię tutaj. Używane za zgodą. Inside Science to niezależny redakcyjnie serwis informacyjny Amerykańskiego Instytutu Fizyki.