Seismologen gebruiken golven die worden gegenereerd door aardbevingen om het binnenste van onze planeet te scannen, net zoals artsen hun patiënten afbeelden met behulp van medische tomografie. Met beeldvorming van de aarde hebben we de diepe oorsprong van vulkanische eilanden zoals Hawaï, en identificeer de bronzones van diepe aardbevingen.

"Stel je een radioloog voor die gedwongen wordt te werken met een CAT-scanner die tweederde van zijn noodzakelijke sensoren mist, zei Frederik Simons, een professor in de geowetenschappen aan Princeton. "Twee derde is het deel van de aarde dat bedekt is door oceanen en daarom geen seismische opnamestations heeft. Dat is de situatie waarmee seismologen worden geconfronteerd die proberen hun beelden van de binnenkant van onze planeet te verscherpen."

Zo'n 15 jaar geleden, toen hij postdoctoraal onderzoeker was, Simons werkte samen met Guust Nolet, nu de George J. Magee Professor in Geoscience and Geological Engineering, Emeritus, en ze besloten deze situatie te verhelpen door een onderzeese robot te bouwen die is uitgerust met een hydrofoon - een onderwatermicrofoon die de geluiden van verre aardbevingen kan opvangen waarvan de golven akoestische energie via de oceaanbodem in de oceanen afgeven.

Deze week, Nolet, Simons en een internationaal team van onderzoekers publiceerden de eerste wetenschappelijke resultaten van de revolutionaire seismische drijvers, genaamd MERMAIDs-Mobile Earthquake Recording in Marine Areas door Independent Divers.

De onderzoekers, van instellingen in de Verenigde Staten, Frankrijk, Ecuador en China, ontdekte dat de vulkanen op Galápagos worden gevoed door een bron 1, 200 mijl (1, 900 km) diep, via een smalle leiding die heet gesteente naar de oppervlakte brengt. Dergelijke "mantelpluimen" werden voor het eerst voorgesteld in 1971 door een van de grondleggers van de platentektoniek, Princeton-geofysicus W. Jason Morgan, maar ze hebben pogingen tot gedetailleerde seismische beeldvorming weerstaan ​​omdat ze in de oceanen worden gevonden, zelden in de buurt van seismische stations.

MERMAID's drijven passief, normaal op een diepte van 1, 500 meter - ongeveer een mijl onder het zeeoppervlak - 2-3 mijl per dag verplaatsen. Wanneer men een mogelijke inkomende aardbeving detecteert, het stijgt naar de oppervlakte, meestal binnen 95 minuten, om zijn positie met GPS te bepalen en de seismische gegevens te verzenden.

Door hun negen robots twee jaar vrij te laten zweven, de wetenschappers creëerden een kunstmatig netwerk van oceanische seismometers die een van de lege gebieden op de wereldwijde geologische kaart konden vullen, waar anders geen seismische informatie beschikbaar is.

De onverwacht hoge temperatuur die hun model laat zien in de Galápagos-mantelpluim "verwijst naar de belangrijke rol die pluimen spelen in het mechanisme dat de aarde in staat stelt zichzelf warm te houden, ' zei Nolet.

"Sinds de 19e eeuw toen Lord Kelvin voorspelde dat de aarde binnen honderd miljoen jaar zou afkoelen om een ​​dode planeet te zijn, geofysici hebben geworsteld met het mysterie dat de aarde gedurende meer dan 4,5 miljard jaar een redelijk constante temperatuur heeft gehouden, Nolet legde uit. "Dat had alleen kunnen gebeuren als een deel van de oorspronkelijke warmte van de aanwas, en dat sindsdien is ontstaan ​​door radioactieve mineralen, kon opgesloten blijven in de onderste mantel. Maar de meeste modellen van de aarde voorspellen dat de mantel krachtig zou moeten convecteren en deze warmte veel sneller zou afgeven. Deze resultaten van het Galápagos-experiment wijzen op een alternatieve verklaring:de onderste mantel kan convectie weerstaan, en in plaats daarvan alleen warmte naar de oppervlakte brengen in de vorm van mantelpluimen zoals die welke de Galápagos en Hawaii creëren."

Om verder vragen te beantwoorden over het warmtebudget van de aarde en de rol die mantelpluimen daarin spelen, Simons en Nolet werken samen met seismologen van de Southern University of Science and Technology (SUSTech) in Shenzhen, China, en van het Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC). Samen, en met schepen geleverd door de Franse onderzoeksvloot, ze zijn bezig met het lanceren van zo'n 50 MERMAID's in de Stille Zuidzee om het mantelpluimgebied onder het eiland Tahiti te bestuderen.

"Blijf op de hoogte! Er komen nog veel meer ontdekkingen aan, " zei professor Yongshun (John) Chen, een afgestudeerde alumnus van Princeton uit 1989 die hoofd is van de afdeling Ocean Science and Engineering bij SUSTech, die de volgende fase leidt van wat zij en hun internationale team EarthScope-Oceans hebben genoemd.