Vulkanske ‘žarišne točke’ ispod Zemljine kore hladnije su nego što smo mislili

Žarišta na kojima su nastali vulkanski otoci poput onih na Havajima, Islandu i Galapagosu često su iznenađujuće hladna, otkrilo je novo istraživanje.

Istraživanje upućuje na to da takva žarišta možda ne potječu od divovskih užarenih stijena koje izviru iz Zemljine jezgre, kako se ranije mislilo.

Vulkanska žarišta hladnija nego što se mislilo

Vulkani se obično nalaze blizu granica tektonskih ploča, a klasični primjer toga su vulkani koji čine Vatreni prsten na rubu Pacifika. Unatoč tome, vulkani ponekad erumpiraju i na sredini tektonskih ploča. Izvori ovih žarišta mogu biti stupovi rastaljene stijene u obliku gljiva koje se uzdižu iz dubokog plašta te prže materijal koji je iznad njih poput plamenika. Dok tektonske ploče plutaju preko ovih stupova, mogu nastati cijeli lanci vulkanskih otoka.

Prethodna istraživanja sugerirala su da vulkanska žarišta imaju temperature od 100 do 300 stupnjeva Celzija toplija nego srednjooceanski grebeni. To je išlo u prilog tezi da vulkanska žarišta grije materija iz blizine Zemljine vruće jezgre dok srednjeoceanske grebene hlade stijene plašta.

Sada su znanstvenici otkrili da je temperatura mnogih žarišta hladnija nego što se prije mislilo. “Znatan dio žarišta ne odgovara klasičnom modelu vručih stupova”, rekao je Vedran Lekić, seizmolog sa Sveučilišta Maryland, College Park, koji nije sudjelovao u ovoj studiji.

U novoj studiji, istraživači su analizirali brzinu seizmičkih valova koji se probijaju kroz plašt ispod vrućih oceanskih točaka i grebena kako bi procijenili temperature na tim mjestima (seizmički valovi putuju brže kroz hladnu stijenu).

Otprilike 45% vrućih točaka toplije je za 155 stupnjeva Celzijevih od srednjeoceanskih grebena. Međutim, oko 40% je samo za 50 do 136 Celzija toplije od srednjeoceanskih grebena. Ta žarišta nisu posebno nisu dovoljno vruća da podrže aktivno uzdizanje stijene iz dubokog plašta. Štoviše, otprilike 15% vrućih točaka je hladno, tek <36 stupnjeva Celzijevih toplije od srednjeoceanskih grebena.

https://kozmos.hr/tajanstvena-unutrasnjost-zemlje/

Omjer izotopa helija

Kako bi rasvijetlili podrijetlo ovih različitih vrsta žarišta, znanstvenici su također ispitali omjer rjeđeg helija-3 i češćeg helija-4 u njihovoj stijeni. Helij koji se nalazi u Zemljinoj kori uglavnom je helij-4, nastao razgradnjom uranija i drugih radioaktivnih izotopa tijekom vremena. Helij iz dubine Zemlje s druge strane bogatiji je helijem-3, vjerojatno zbog drevnog materijala koji čuva izvorni omjer ovih izotopa iz doba prvih dana Zemlje. Istraživači su otkrili da vruća žarišta posjeduju mnogo veći omjer helija-3 i helija-4 nego hladna žarišta.

Iako klasični model vrućih stupova dubokog plašta može objasniti većinu poznatih žarišnih točaka poput onih ispod Havaja, Islanda, Galapagosa, Samoe i Uskršnjeg otoka, “možda je istina da se samo nekoliko vrućih točaka doista ponaša kako predviđa klasični model plaštenog perja i žarišta”, rekla je koautorica studije Carolina Lithgow-Bertelloni, geodinamičarka sa Sveučilišta Kalifornija u Los Angelesu.

“Ovo pojačava raniju slutnju mnogih istraživača koji su tvrdili da je izraz ‘hotspot’ (hrv. vruća točka) pogrešan i da bi vulkane koji se ne uklapaju u paradigmu tektonskih ploča radije nazivali ‘anomalijama topljenja'”, rekao je seizmolog Ross Maguire sa Sveučilišta u Novom Meksiku, koji nije sudjelovao u ovom istraživanju.

Nekoliko različitih objašnjenja

Umjesto toga, hladnije žarišne točke mogle bi potjecati iz gornjeg plašta ili iz dubokih nakupina plina koji se sporo kreću pa imaju više vremena za hlađenje. Još jedna mogućnost su duboki stupovi koji vrše interakciju i hlade se zobg vrtložnih stijena u plaštu. “Ako je to istina, objašnjenje ovog nalaza bit će pravi izazov za geodinamičare “, rekao je Bernhard Steinberger, geodinamičar iz Njemačkog istraživačkog centra za geoznanosti u Potsdamu, koji nije bio dio ovog rada.

“Klasični pogled na žarišne stupove nije sasvim pogrešan, već mnogo složeniji nego što se mislilo prije 30 ili 50 godina”, rekao je Lithgow-Bertelloni.

“Ovaj rad ukazuje na mnogo veću raznolikost među porijeklom stupova”, rekao je Steinberger. “To je kao kad dobijete novi pogled na planet ili prirodni satelit izbliza. Možete naći neke potpuno neočekivane značajke, no objekt je i dalje okrugao.”

https://kozmos.hr/znanstvenici-otkrili-skrivenu-strukturu-duboko-u-zemlji/

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

–t.me/kozmoshr

Izvori:

Xiyuan Bao et al, On the relative temperatures of Earth’s volcanic hotspots and mid-ocean ridges, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abj8944

Choi C. Q. (7. siječnja 2022.), Scientists find surprisingly cool ‘hotspots’ under Earth’s crust, Inside Science, American Institute of Physics, Phys.org (pristup 9. siječnja 2022.)