Stel je een enorme vulkaan voor die uitbarst in de Pacific Northwest, lava over Washington gieten, Oregon en Idaho. Stel je voor dat de lava naar buiten stroomt totdat rivierdalen zijn opgevuld. Tot struiken en struiken worden begraven in vloeibaar gesteente. Tot de hoogste bomen helemaal bedekt zijn.

Ongeveer 16 miljoen jaar geleden, dit gebeurde.

Lava barstte in pulsen los, uiteindelijk begraven van de regio tot de hoogte van een 30 verdiepingen tellend gebouw. Als de lava gelijkmatig over de onderste 48 staten was verspreid in plaats van geconcentreerd te blijven in het noordwesten, het zou het land bedekken tot een diepte van ongeveer 80 voet.

Voor nu, de meeste geologen geloofden dat het bijna 2 miljoen jaar duurde om al die lava uit te barsten, gezamenlijk bekend als "de Columbia River vloedbasalt." Maar Princeton-onderzoekers publiceren vandaag bevindingen waaruit blijkt dat het meer dan twee keer zo snel is gegaan als eerder werd aangenomen. met 95 procent uitbarstend binnen een 750, 000 jaar venster.

Vloedbasalt fascineert geologen al eeuwenlang. Als de grootste vulkanische gebeurtenissen op aarde, ze zijn betrokken bij massale uitstervingen, zoals de grootste uitstervingsgebeurtenis in de geschiedenis van de aarde, 252 miljoen jaar geleden. Er was 16 miljoen jaar geleden geen massale uitsterving, maar er was rond die tijd een grote klimaatgebeurtenis, bekend als het Mid-Mioceen Climate Optimum (MMCO), een globale opwarmingsgebeurtenis met hoge temperaturen en verhoogde atmosferische kooldioxideniveaus.

Dezelfde vulkanen die vloeibaar gesteente uitbarsten, stoten ook broeikasgassen uit, dus hebben geologen zich afgevraagd of er een verband was tussen de vloedbasalt en de MMCO-opwarming van de aarde. Slechts één probleem:voorheen, niemand was helemaal zeker over de timing van de vloedbasalt van de Columbia River.

"Om de vraag te beantwoorden of de vloedbasalt van de Columbia-rivier de MMCO heeft veroorzaakt, we moeten de timing van uitbarstingen en klimaatveranderingen zo precies mogelijk weten, " zei Blair Schoene, universitair hoofddocent geowetenschappen.

"Simpel gezegd, mensen wisten niet precies wanneer of hoe lang de Columbia River Basalt Group uitbrak, waardoor het moeilijk was om een ​​causaal verband met de MMCO te onderzoeken, " zei Jennifer Kasbohm, een afgestudeerde student en hoofdauteur van het artikel dat vandaag in het tijdschrift verschijnt wetenschappelijke vooruitgang .

Om de omvang van de uitbarstingen te helpen verklaren, Kasbohm trok een parallel met de Eyjafjallajökull-uitbarsting in 2010 in IJsland. "De IJslandse uitbarsting legde luchthavens in Europa een week stil, met gevolgen voor 10 miljoen reizigers, en er waren periodieke luchtvaartstoringen voor de volgende maand, "zei ze. "Stel je nu voor dat je elke 8 maanden een van die IJslandse uitbarstingen hebt voor 750, 000 jaar op rij, en dat zou je onze voorspelde uitbarstingssnelheid voor de basalt van de Columbia-rivier geven."

Drie studenten vergezelden Kasbohm en Schoene in het lab en het veld, bijdragen aan hun onderzoek terwijl ze hun eigen projecten voltooien:Josh Murray of the Class of 2018, Sam Bartusek '20 en Kyle Duffey '19. "Het project omvatte zeven weken veldwerk, met vele dagen van meer dan 100 graden Fahrenheit, " zei Kasbohm. "We kwamen een handvol ratelslangen tegen, talloze spinnen, vriendelijke en behulpzame bewoners, en we zijn erin geslaagd om de bosbranden in de regio een stap voor te blijven."

Ze waren op zoek naar zirkonen, minuscule mineralen die sporen van uranium bevatten. Overuren, het natuurlijk radioactieve materiaal vervalt in lood, dus geologen kunnen de verhouding van uranium gebruiken om te berekenen hoe oud de zirkoon precies is. Helaas voor geologen, basaltlavastromen zoals de vloedbasalt van de Columbia River hebben niet de juiste chemie om zirkonen te maken, dus tot nu toe, geologen genoegen moesten nemen met data met onzekerheden van meer dan een miljoen jaar, geproduceerd via andere dateringsmethoden.

"Om te testen op een causaal verband tussen klimaat en uitbarstingen, een miljoen jaar is niet goed genoeg, ' zei Schoene.

De onderzoekers omzeilden het gebrek aan zirkonen in de lavastenen door te kijken naar lagen vulkanische as tussen de basaltlagen. De as kwam van de nabijgelegen Cascade-vulkanen (inclusief Mount Saint Helens), die wel zirkoon bevatten en die rond dezelfde tijd uitbarsten als de enorme lava's.

In hun lab in Princeton, Kasbohm en Schoene scheidden 0,1 mm grote zirkonen van de 16 miljoen jaar oude rotsen, de isotopenverhoudingen van uranium en lood gemeten, en legde de leeftijden van individuele lavastromen vast tot binnen enkele tienduizenden jaren. "Die precisie is eigenlijk het beste wat je kunt doen met een chronometer voor monsters van deze leeftijd - ook al is 10, 000 jaar klinkt als veel, dus onze methode is de gouden standaard, " ze zei.

"This is the most significant paper to come out about the Columbia River flood basalts in a decade or two, " said Stephen Reidel, a research professor of geology at Washington State University-Tri-Cities, who has studied these lava flows since 1972 and contributed to the analysis of this research. "Jenn and Blair deserve a lot of compliments for thinking to look at the zircons in the ash beds between the flows.... Of course, now we're going to have to go back and re-calculate everything that used the old timeline or eruption rate. That's okay—that's part of the fun."

With their more precise timeline, Kasbohm and Schoene have now shown that the prehistoric climate change did start very close in time to the beginning of the eruptions, but further work is needed to pin down the connection between them.

This 16-million-year-old climate change event is the last time that carbon dioxide concentrations in the atmosphere shot above 400 parts per million—until the last decade.

"The MMCO could be a parallel to our current climate, and further work investigating the timing and duration of that event will tell us more about how we can expect Earth to recover from anthropogenic climate change, " Kasbohm said. For instance, if the climate stayed warm for a million years after the volcanoes stopped erupting, as now looks possible, that could have significant implications for predicting how long the atmosphere will respond to human-caused global warming.

"Time matters, " said Kasbohm, "whether we're trying to learn about Earth's past or its future. It's very empowering to use tiny minerals to tell the story of these voluminous rocks."

Het artikel, "Rapid eruption of the Columbia River flood basalt and correlation with the mid-Miocene climate optimum, " is published in the Sept. 19 issue of wetenschappelijke vooruitgang .