Door de warmte die van onder de Groenlandse ijskap ontsnapt in kaart te brengen, een NASA-wetenschapper heeft ons begrip van de dynamiek die terrestrische planeten domineert en vormgeeft, aangescherpt.

Dr. Yasmina M. Martos, een planetaire wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, gedolven openbaar beschikbaar magnetisch veld, zwaartekracht en andere geologische informatie voor aanwijzingen over de hoeveelheid en distributie van warmte onder het deel van het Noord-Amerikaanse continent dat Groenland is.

Haar resulterende hittekaart legde een thermisch spoor onder Groenland bloot dat de beweging van een continent door de geschiedenis van de aarde registreert.

Men denkt dat Groenland langzaam over een mantelpluim is bewogen, een bron van grote hitte, die een diagonaal litteken van warme, dichte rots onder het oppervlak terwijl de tektonische plaat verschoof. Groenland verplaatste zich meer dan 100 miljoen jaar van een meer zuidelijke breedtegraad naar het noordpoolgebied, een periode waarin het supercontinent Pangea uiteenviel in de drijvende continenten van vandaag. Eventueel, men denkt dat de pluim IJsland boven het oppervlak van de oceaan heeft gevormd door talloze vulkaanuitbarstingen - een zichtbaar spoor van het bestaan ​​van de pluim, in tegenstelling tot het verborgen litteken van Groenland.

"Ik denk niet dat er een andere plek op aarde is waar een pluimgeschiedenis is vastgelegd door een stuk continent dat er aan de oppervlakte niet door is aangetast, "Zei Martos. "Maar het is er, zodat we thermische warmte kunnen gebruiken om de geschiedenis van de regio te begrijpen."

Door deze geodynamica van planeten te volgen, kunnen wetenschappers hun evolutie begrijpen. Maar meer onmiddellijk, de warmte-informatie voedt modellen voor zeespiegelverandering op aarde door wetenschappers te helpen het gedrag van ijs te voorspellen. Dit is vooral belangrijk voor het landoppervlak dat, in het geval van Groenland, ligt begraven onder kilometers ijs en is dus moeilijk te bereiken. Meer dan 80 procent van Groenland is bedekt met ijs.

Waar warmte is, er kan een pluim zijn

In een aug. 1 Geofysische onderzoeksbrieven papier, Martos en haar team brachten de aardwarmtestroom in kaart, of snelheid van warmteontsnapping, in Groenland. Hun modellen, verrassend genoeg, regionale verschillen vertoonden, plus een pad van hitte langs een eigenaardige route van het noordwesten naar het zuidoosten van het eiland.

"We zouden verwachten dat Groenland een meer uniform signaal van geothermische warmtestroom in het binnenland heeft, maar dat is niet het geval, " zei Martos, de hoofdauteur van het papier.

Andere auteurs zijn onder meer Tom A. Jordan en David G. Vaughan van de British Antarctic Survey; Manuel Catalán van het Koninklijk Instituut en Observatorium van de Spaanse Marine; Thomas M. Jordan van Stanford University en University of Bristol, en Jonathan L. Bamber, ook van de Universiteit van Bristol.

Het team suggereert dat het litteken is gemaakt als de tektonische plaat, waaronder Groenland, bewogen door de millennia over een mantelpluim die actief is onder de lithosfeer. De lithosfeer is de buitenste laag van de aarde; het omvat de korst en het bovenste deel van de mantel. Deze pluim is een kanaal van heet gesteente dat honderden kilometers onder het oppervlak begint. Het stijgt door de mantel en bereikt de bodem van de lithosfeer. De warmte wordt vervolgens door de lithosfeer omhoog getransporteerd en verandert de chemische samenstelling, waardoor de korst dikker wordt.

Omdat de noordwestelijke regio van Groenland eerder van de pluim is verdwenen, lijkt het in Martos' modellen aanzienlijk koeler te zijn dan in het zuidoosten. Hoewel de zuidelijke regio langzaam afkoelt.

"Het leuke is dat daar nu de warmte wordt opgenomen, maar waarschijnlijk zullen we dat over honderd miljoen jaar niet meer zien, ' zei Martos.

Een soortgelijke pluim vormde de Hawaiiaanse eilanden en voedt momenteel de vulkaanuitbarstingen van K?lauea. De Hawaiiaanse keten van eilanden en onderzeese bergen die ontstond toen de Pacifische plaat over de pluim in het midden van de Stille Oceaan bewoog, is een zichtbare weergave van het type litteken dat Martos onder Groenland vond.

De hitte onder het aardoppervlak

Pluimen zijn een van de vele geothermische warmtetransporterende verschijnselen op aarde; hun aantal is onzeker, maar wetenschappers denken dat het er wel 20 kunnen zijn. de binnenplaneet wordt overal gelijkmatig verwarmd door rottende radioactieve elementen in de bovenste lagen van de aarde. Er is ook oerwarmte overgebleven van de vorming van onze planeet 4,5 miljard jaar geleden, en van de meteorieten die het hebben geteisterd. Het team beschouwde deze warmtebronnen, Martos zei, maar sloot hun rol bij het veroorzaken van het litteken uit omdat ze een uniform warmtepatroon over Groenland zouden hebben gevormd.

Een andere factor die de warmte op een specifieke locatie kan verhogen, is tektonische activiteit. Deze activiteit omvat rifting - of het uiteenvallen van continentale platen, die ruimte creëert voor warmere mantel om naar de oppervlakte te borrelen - en vulkaanuitbarstingen. Maar deze verschijnselen kwamen ook niet overeen met de bevindingen van het team, zei Martos, aangezien Groenland een kraton is, of een oud stukje continent waar geen grote tektonische gebeurtenissen zijn geregistreerd.

Warmte meten zonder het oppervlak aan te raken

Omdat Groenland bedekt is met een ijskap die in het midden tot wel 3 kilometer dik is, het is bijna net zo moeilijk om fysieke monsters van de grond onder het ijs te krijgen als ze van de maan te krijgen. Op afstand gedetecteerde gegevens bieden vrijwel het enige venster op de ondergrondse dynamiek van Groenland.

Het team van Martos besloot te kijken naar magnetische veldinformatie verzameld door magnetometers, instrumenten gevlogen door vliegtuigen die de sterkte van het magnetische veld van de aarde meten. De gegevens onthulden afwijkingen in het magnetisme van rotsen onder Groenland.

Magnetisme is gerelateerd aan temperatuur, dus gesteenten die tot bepaalde temperaturen worden verwarmd, verliezen hun magnetisme. Dit gebeurt meestal diep in de aarde. Omdat magnetiet het meest voorkomende magnetische mineraal is in het onderste deel van de korst, de onderzoekers bestudeerden dat mineraal uitsluitend. Magnetiet verliest zijn ferromagnetische eigenschappen, of magnetisme, bij verhitting tot 1, 076 graden Fahrenheit (580 graden Celsius), een punt dat bekend staat als de Curie-temperatuur. Door rekening te houden met het effect van deze temperatuur op magnetiet, kon het team de basis van magnetisme in de korst van Groenland vinden. Vanaf daar, ze observeerden de dieptevariaties van de locatie van de Curie-temperatuur voor magnetiet om de warmte die over het hele eiland vrijkomt in kaart te brengen.

Langs het pad van de pluim, het team ontdekte dat de Curie-temperatuur dichter bij het oppervlak plaatsvond. Dit leverde bewijs dat de pluim de bodem van de lithosfeer had verwarmd, en dat de hitte er nog was.

Het team gebruikte ook zwaartekrachtgegevens om de kenmerken van de lithosfeer te modelleren en het effect van de pluim op de korstdikte te bevestigen.

In het centrale deel van het eiland, het team schatte de geothermische warmtefluxwaarden rond de 60 tot 70 milliwatt per vierkante meter, of tot 50 procent hoger dan de warmte ontsnappende delen van het eiland die niet worden beïnvloed door de pluim. Dit is een klein bedrag; een gloeilamp van 100 watt, ter vergelijking, genereert drie ordes van grootte - of 1, 000 keer - meer warmte.

Nog altijd, zeiden Martos en haar co-auteurs, de hitte die ze vonden, kan ijs smelten aan de voet van de Groenlandse ijskap. Het doet niet, echter, bijdragen aan het versnelde smelten van de Groenlandse gletsjers. Omdat de geothermische warmte over zulke enorme tijdsperioden - tientallen miljoenen jaren - afneemt, is er waarschijnlijk geen verandering in de warmtestroom geweest sinds het ijs zich ongeveer 3 miljoen jaar geleden op Groenland volledig vormde.

De modelleringstools van Martos zullen wetenschappers helpen het effect van onderaardse hitte op zaken als smelten of breken aan de voet van ijskappen en gletsjers op aarde beter te begrijpen. Het zal hen ook helpen afgelegen locaties op aarde en andere rotsachtige lichamen in ons zonnestelsel te bestuderen.

Martos begon dit onderzoek toen ze een Marie Curie fellow van de Europese Unie was bij de British Antarctic Survey.