Τρίτη, 8 Σεπτεμβρίου 2015

Οι καυτές στήλες του μανδύα της Γης. Broad plumes rooted at the base of the Earth's mantle beneath major hotspots

Το υπολογιστικό μοντέλο δείχνει δεκάδες στήλες καυτών πετρωμάτων να αναβλύζουν από τη βάση του μανδύα. Most of the known volcanic hotspots are linked to plumes of hot rock (red) rising from two spots on the boundary between the metal core and rocky mantle 1,800 miles below Earth’s surface. Image credit: University of California - Berkeley

Ένας τρισδιάστατος χάρτης του γήινου μανδύα, ο οποίος δημιουργήθηκε με προσομοιώσεις και ανάλυση σεισμικών δεδομένων, επιβεβαιώνει την κρατούσα θεωρία για τις στήλες καυτού βράχου που αναβλύζουν από βάθος 2.900 χιλιομέτρων και συχνά γεννούν ηφαίστεια στην επιφάνεια.

Το εσωτερικό της Γης μοιάζει με κρεμμύδι: ο εξωτερικός φλοιός, ο οποίος περιέχει τους ωκεανούς και τις ηπείρους, καλύπτει έναν παχύ μανδύα από θερμό αλλά στέρεο βράχο. Κάτω από τον μανδύα βρίσκεται ο εξώτερος πυρήνας, αποτελούμενος από λιωμένο σίδηρο και νικέλιο, κάτω από τον οποίο κρύβεται ο εσώτερος μανδύας, μια γιγάντια σφαίρα από συμπαγή σίδηρο.

Η θερμότητα του πυρήνα αναγκάζει τα πετρώματα του μανδύα να ανεβαίνουν μέχρι τον φλοιό όπου ψύχονται και αρχίζουν να ξαναπέφτουν προς το κέντρο -το ίδιο συμβαίνει για παράδειγμα με το νερό που θερμαίνεται στη βάση μιας κατσαρόλας.

Το 1971, ο αμερικανός γεωφυσικός Τζέισον Μόργκαν πρότεινε τη θεωρία ότι οι τεκτονικές πλάκες του φλοιού επιπλέουν πάνω από στατικές, ανοδικές στήλες καυτού βράχου, οι οποίες αναβλύζουν από το όριο ανάμεσα στον μανδύα και τον φλοιό. Σε αντίθεση με τις τεκτονικές πλάκες που διαρκώς μετακινούνται, αυτές οι στήλες, γνωστές και ως λοφία, παραμένουν στη θέση τους για εκατομμύρια χρόνια.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα λοφία διαπερνούν τον υπερκείμενο φλοιό που κινείται και δημιουργούν έτσι αλυσίδες ηφαιστειακών νησιών όπως το αρχιπέλαγος της Χαβάης. Μέχρι σήμερα, επισημαίνουν οι συντάκτες της νέας μελέτης, οι ενδείξεις για την ύπαρξη αυτών των στηλών παρέμεναν ανεπαρκείς.

Η νέα έρευνα, η οποία δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature, δείχνει τώρα να επιβεβαιώνει τη θεωρία. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ ανέλυσαν την πορεία των σεισμικών κυμάτων από 273 ισχυρούς σεισμούς την τελευταία εικοσαετία. Η ταχύτητα και η πορεία των κυμάτων αυτών επηρεάζεται από μεταβολές της πυκνότητας, επιτρέποντας στους ερευνητές να υπολογίσουν τη δομή ολόκληρου του μανδύα.

Supercomputer simulation of plumes of hot rock rising through the mantle to the surface, where they generate volcanic eruptions that form island chains. Animation by Scott French, NERSC & Berkeley Lab; video by Roxanne Makasdjian and Stephen McNally, UC Berkeley.

Το υπολογιστικό μοντέλο που προέκυψε δείχνει δεκάδες λοφία καυτού βράχου να κοχλάζουν κάτω από τον φλοιό. «Μέχρι σήμερα κανείς δεν είχε δει αυτά τα κιονοειδή αντικείμενα που συνεχίζονται από τη βάση του μανδύα μέχρι το ανώτερο τμήμα του» υπερηφανεύεται ο Σκοτ Φρεντς, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.

Το εντυπωσιακό είναι πως όλα τα λοφία δείχνουν να πηγάζουν από δύο θερμές περιοχές στη βάση του μανδύα, διαμέτρου 5.000 χιλιομέτρων η καθεμία, οι οποίες βρίσκονται σε αντιδιαμετρικές θέσεις κάτω από την Αφρική και τον Ειρηνικό.

Τρισδιάστατος χάρτης του γήινου μανδύα που δημιουργήθηκε με προσομοιώσεις και ανάλυση σεισμικών δεδομένων. The 1,800-mile thick mantle under the Pacific Ocean contains rising plumes of hot rock that fan out at the surface to stationary hotspots, where they generate island chains as Earth’s crust moves due to plate tectonics. Scott French image.

Σε βάθος 1.000 χιλιομέτρων από την επιφάνεια, τα λοφία έχουν διάμετρο 600 έως 1.000 χιλιόμετρα. Πάνω από αυτό το βάθος αρχίζουν να απλώνονται σαν τα δέλτα των ποταμών. Σε αυτές της περιοχές του φλοιού υπάρχουν συχνά ηφαίστεια, έστω κι αν δεν βρίσκονται ακριβώς πάνω από το λοφίο.

Τα λοφία είναι τουλάχιστον 400 βαθμούς Κελσίου πιο θερμά από τον υπόλοιπο μανδύα και πιθανότατα έχουν ελαφρώς διαφορετική χημική σύσταση, κάτι που αποτυπώνεται και στη σύσταση των ηφαιστείων πάνω από τα λοφία.

Τα λοφία εκτιμάται ότι παραμένουν ενεργά και στάσιμα για πολλά εκατομμύρια χρόνια. Το εντυπωσιακό όμως είναι ότι οι δύο γιγάντιες θερμές περιοχές από όπου αναβλύζουν τα λοφία εκτιμάται ότι παραμένουν στη θέση τους, κάτω από την Αφρική και τον Ειρηνικό, εδώ και 250 εκατομμύρια χρόνια.

Πηγή: news.in.gr – news.berkeley.edu