Al decenia, wetenschappers hebben getheoretiseerd dat de beweging van de tektonische platen van de aarde grotendeels wordt aangedreven door een negatief drijfvermogen dat ontstaat als ze afkoelen. Nieuw onderzoek, echter, laat zien dat de plaatdynamiek aanzienlijk wordt aangedreven door de extra kracht van warmte die uit de kern van de aarde wordt getrokken.

De nieuwe bevindingen dagen ook de theorie uit dat onderwaterbergketens die bekend staan ​​als mid-oceanische ruggen passieve grenzen zijn tussen bewegende platen. De bevindingen tonen de East Pacific Rise, de dominante mid-oceanische rug van de aarde, is dynamisch als warmte wordt overgedragen.

David B. Rowley, hoogleraar geofysische wetenschappen aan de Universiteit van Chicago, en collega-onderzoekers kwamen tot de conclusies door observaties van de East Pacific Rise te combineren met inzichten uit het modelleren van de mantelstroom daar. De bevindingen werden op 23 december gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

"We zien sterke ondersteuning voor significante diepe mantelbijdragen van warmte-tot-plaatdynamiek op het halfrond van de Stille Oceaan, " zei Rowley, hoofdauteur van het artikel. "Warmte van de basis van de mantel draagt ​​aanzienlijk bij aan de sterkte van de warmtestroom in de mantel en aan de resulterende platentektoniek."

De onderzoekers schatten dat tot ongeveer 50 procent van de plaatdynamiek wordt aangedreven door warmte uit de kern van de aarde en maar liefst 20 terawatt aan warmtestroom tussen de kern en de mantel.

In tegenstelling tot de meeste andere mid-oceanische ruggen, de East Pacific Rise als geheel is al 50 tot 80 miljoen jaar niet van oost naar west verplaatst, zelfs als delen ervan zich asymmetrisch hebben verspreid. Deze dynamiek kan niet alleen worden verklaard door de subductie - een proces waarbij de ene plaat onder de andere beweegt of wegzakt. Onderzoekers in de nieuwe bevindingen schrijven de verschijnselen toe aan het drijfvermogen dat wordt gecreëerd door warmte die diep in het binnenste van de aarde komt.

"De East Pacific Rise is stabiel omdat de stroom die uit de diepe mantel komt, het heeft gevangen, Rowley zei. "Deze stabiliteit is direct gekoppeld aan en wordt gecontroleerd door opwelling van de mantel, " of het vrijkomen van warmte uit de kern van de aarde door de mantel naar het oppervlak.

De Mid-Atlantische Rug, vooral in de Zuid-Atlantische Oceaan, kan ook directe koppeling hebben met diepe mantelstroom, hij voegde toe.

"De gevolgen van dit onderzoek zijn erg belangrijk voor alle wetenschappers die werken aan de dynamiek van de aarde, inclusief platentektoniek, seismische activiteit en vulkanisme, " zei Jean Braun van het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen, die niet bij het onderzoek betrokken was.

De krachten aan het werk

Convectie, of de stroom van mantelmateriaal dat warmte transporteert, drijft platentektoniek aan. Zoals voorzien in het huidige onderzoek, verwarming aan de basis van de mantel vermindert de dichtheid van het materiaal, waardoor het drijfvermogen krijgt en ervoor zorgt dat het door de mantel stijgt en koppelt met de bovenliggende platen naast de East Pacific Rise. De diepe mantel afgeleide drijfvermogen, samen met plaatkoeling aan het oppervlak, creëert een negatief drijfvermogen dat samen de waarnemingen langs de East Pacific Rise en de omliggende subductiezones in de Stille Oceaan verklaart.

Een debat over de oorsprong van de drijvende krachten van de platentektoniek dateert uit het begin van de jaren zeventig. Wetenschappers hebben gevraagd:komt het drijfvermogen dat platen aandrijft voornamelijk voort uit plaatkoeling aan het oppervlak, analoog aan afkoeling en omvallen van meren in de winter? Of, is er ook een bron van positief drijfvermogen als gevolg van warmte aan de basis van de mantel in verband met warmte die aan de kern wordt onttrokken en, als, hoeveel draagt ​​het bij aan plaatbewegingen? Deze laatste theorie is analoog aan het koken van havermout:warmte aan de onderkant zorgt ervoor dat de havermout gaat rijzen, en warmteverlies langs het bovenoppervlak koelt de havermout, waardoor het zinkt.

Tot nu, de meeste beoordelingen gaven de voorkeur aan het eerste scenario, met weinig of geen bijdrage van het drijfvermogen als gevolg van warmte aan de basis. De nieuwe bevindingen suggereren dat het tweede scenario nodig is om rekening te houden met de waarnemingen, en dat er een ongeveer gelijke bijdrage is van beide bronnen van het drijfvermogen dat de platen aandrijft, althans in het Pacifische bekken.

"Op basis van onze modellen van mantelconvectie, de mantel verwijdert misschien wel de helft van het totale convectieve warmtebudget van de aarde uit de kern, ' zei Rowley.

Er is de afgelopen vier decennia veel werk verricht om mantelconvectie door computersimulatie weer te geven. Nu zullen de modellen moeten worden herzien om rekening te houden met opwelling van de mantel, volgens de onderzoekers.

"De implicatie van ons werk is dat schoolboeken moeten worden herschreven, ' zei Rowley.

Het onderzoek kan bredere implicaties hebben voor het begrijpen van de vorming van de aarde, zei Braun. "Het heeft belangrijke gevolgen voor het thermisch budget van de aarde en de zogenaamde 'seculiere afkoeling' van de kern. Als warmte uit de kern belangrijker is dan we dachten, dit houdt in dat de totale warmte die oorspronkelijk in de kern is opgeslagen veel groter is dan we dachten.

"Ook, het magnetische veld van de aarde wordt gegenereerd door stroming in de vloeibare kern, dus de bevindingen van Rowley en co-auteurs hebben waarschijnlijk implicaties voor ons begrip van het bestaan, karakter en amplitude van het aardmagnetisch veld en zijn evolutie door de geologische tijd, ' voegde Braun eraan toe.