Søjler af varm sten ser ud til at forbinde kontinentale klumper i bunden af Jordens kappe med gigantiske vulkanudbrud på overfladen.
Vulkanudbrud på jordens overflade har betydelige konsekvenser. Mindre udbrud kan skræmme turister på Etna eller forstyrre flytrafikken.
Gigantiske udbrud i stor skala kan have mere alvorlige konsekvenser. En sådan begivenhed bidrog til dinosaurernes undergang for 66 millioner år siden. Kæmpevulkaner udløste også begivenheder, der førte til den største massedød på jorden, Perm-Trias-udryddelsen for 252 millioner år siden.
Men hvad driver et gigantisk udbrud, og hvordan kommer det op til overfladen fra planetens indre?
I en ny undersøgelse, som er offentliggjort i Communications Earth and Environment, viser vi, at søjler af varm sten, som stiger omkring 3.000 kilometer op gennem Jordens kappe og forårsager gigantiske udbrud, er forbundet med kildeområder i kontinentstørrelse, som vi kalder BLOBS.
Skjulte klatter i Jordens indre
BLOBS er varme regioner i bunden af Jordens kappe (mellem ca. 2.000 og 3.000 km i dybden), som kan være sammensat af andet materiale end de omgivende kappebjergarter.
Forskere har længe kendt til disse to varme regioner under Stillehavet og Afrika. Geologen David Evans fra Yale University foreslog akronymet BLOBS, som står for Big LOwer-mantle Basal Structures.
Disse BLOBS har muligvis eksisteret i hundreder af millioner af år. Det er uklart, om de er stationære, eller om de bevæger sig rundt som en del af kappens bevægelse (kaldet konvektion).
Kappeplumer var det implicitte link i tidligere undersøgelser, der relaterede BLOBS til gigantiske vulkanudbrud. Deres form minder lidt om en slikkepind: ‘Pinden’ er røgfanens hale, og ‘slikket’ er røgfanens hoved.
Mantelplymer stiger meget langsomt op gennem kappen, fordi de transporterer varm fast sten, ikke smelte eller lava. Ved lavere tryk i de øverste 200 km af Jordens kappe smelter den faste sten, hvilket fører til udbrud.
En længe søgt sammenhæng
I vores nye undersøgelse simulerede vi kappekonvektion for 1 milliard år siden og fandt ud af, at kappeskyer stiger op fra bevægelige BLOBS og nogle gange kan være let skråtstillede.
Gigantiske vulkanudbrud kan identificeres ud fra mængden af vulkanske bjergarter, der er bevaret på Jordens overflade. Havbunden har bevaret detaljerede fingeraftryk af kappeudbrud i de sidste ca. 120 millioner år (der er ikke meget havbund, der er ældre end det).
Oceaniske plateauer, såsom Ontong Java-Manihiki-Hikurangi-plateauet i det sydvestlige Stillehav, er forbundet med plumehoveder. I modsætning hertil er serier af vulkaner som Hawaii-Emperor seamount-kæden og Lord Howe seamount-kæden forbundet med plymens haler.
Vi brugte statistik til at vise, at placeringen af tidligere gigantiske vulkanudbrud er signifikant relateret til de kappeflager, som vores modeller forudsiger. Det er opmuntrende, da det tyder på, at simuleringerne forudsiger kappeudbrud på steder og tidspunkter, der generelt stemmer overens med de geologiske optegnelser.
Er BLOBS faste eller mobile?
Vi viste, at de betragtede udbrudssteder falder enten på eller tæt på de bevægelige BLOBS, som vores modeller forudsiger. Udbrudsplaceringer lidt uden for de bevægelige BLOBS kunne forklares med, at røgfanen vippede.
Vi repræsenterede faste BLOBS med 3D-billeder af Jordens indre, skabt ved hjælp af seismiske bølger fra fjerne jordskælv (en teknik, der kaldes seismisk tomografi). En ud af de fire seismiske tomografiske modeller, som vi overvejede, matchede placeringerne af tidligere gigantiske vulkanudbrud, hvilket betyder, at scenariet med faste BLOBS ikke kan udelukkes for geologisk nyere tid – de sidste 300 millioner år.
Et af de næste skridt i denne forskning er at udforske den kemiske karakter af BLOBS og plume conduits. Det kan vi gøre med simuleringer, der sporer udviklingen i deres sammensætning.
Vores resultater tyder på, at den dybe jord er dynamisk.
BLOBS, som befinder sig omkring 2.000 km under Jordens overflade, bevæger sig hundredvis af kilometer over tid og er forbundet med Jordens overflade via kappeaflejringer, som skaber gigantiske udbrud.
For at tage et skridt tilbage og sætte tingene i perspektiv: Selv om bevægelserne i Jordens indre er betydelige over millioner af år, er de generelt i størrelsesordenen 1 centimeter om året. Det betyder, at BLOBS flytter sig i løbet af et år med nogenlunde samme hastighed, som et menneskehår vokser hver måned.
