Voor de eerste keer ooit, onderzoekers hebben diep in de mantel van de aarde kunnen gluren onder een ultralangzame mid-oceanische rug, waar ze het smelten van de mantel en de groei van de aardkorst hebben kunnen observeren.

Meer dan 100 jaar geleden, de Duitse meteoroloog en fervent ballonvaarder Alfred Wegener merkte in een brief aan zijn toekomstige vrouw Elsa Köppen een vreemd patroon op dat hij op wereldkaarten opmerkte.

"Past de oostkust van Zuid-Amerika niet precies op de westkust van Afrika, alsof ze ooit waren samengevoegd?' schreef hij naar verluidt in december 1910. 'Dit is een idee dat ik zal moeten nastreven.'

Wegeners inzicht leidde uiteindelijk tot het begrip, vele decennia en veel discussie later, dat de aarde is gemaakt van platen die in elkaar passen als de gebarsten schaal van een ei - behalve dat de schalen, of borden, bewegen op een meer plastic laag genaamd de asthenosfeer.

De gebieden waar de platen uit elkaar bewegen, zoals in het midden van de Atlantische Oceaan, zijn waar zich nieuwe korst vormt. Hier, gesmolten gesteente stijgt op, vormen een richel tussen de platen. Maar omdat deze mid-oceanische ruggen in diep water en afgelegen liggen, ze zijn notoir moeilijk te bestuderen en worden slecht begrepen.

Nutsvoorzieningen, een team van Noorse wetenschappers heeft geavanceerde elektromagnetische technologie gebruikt om de allereerste beelden te maken van een specifiek type mid-oceanische rug, als een manier om meer te leren over de dynamische krachten in de aardmantel eronder. Hun resultaten zijn zojuist gepubliceerd in Natuur

Diepe beeldvorming van het onbekende

Ståle Emil Johansen, de eerste auteur van de studie en een professor aan de afdeling Geowetenschappen en Petroleum van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU), zegt dat de onderzoekers besloten om een ​​specifiek type mid-oceanische rug te bestuderen, een ultraslow-spreading-rug genaamd.

Zoals de naam al doet vermoeden, dit is waar platen extreem langzaam uit elkaar bewegen, minder dan 20 millimeter per jaar. In tegenstelling tot, snelheden gemeten op verschillende delen van de Pacifische plaat vertonen bewegingen van meer dan 150 mm per jaar.

Meer dan 30 procent van de mid-oceanische ruggen in de wereld zijn ultraslow-spreidende ruggen, hij zei. Maar voor dat alles, geologen weten er maar heel weinig van.

"Niemand heeft ooit dit soort richels in beeld gebracht voordat hij moderne elektromagnetische methoden gebruikte, en dit is dieper dan we ons ooit hebben kunnen voorstellen, " zei hij. "De diepe structuren zijn gewoon onbekend."

Loki's kasteel onder de zee

De ultraslow-spreidende bergkam die het team bestudeerde heet Mohns Ridge. Het ligt ten zuidwesten van Svalbard en ten oosten van de kust van Groenland.

Hier, de oceanische korst is erg dun en er is een prominent zwart rookveld in een gebied dat Loki's Castle wordt genoemd. Zwarte rokers zijn ventilatieopeningen op de zeebodem die een gestage stroom extreem hete, mineraalrijk zeewater. Zwarte rokers zijn ook een uitstekende locatie voor de afzetting van diepzeemineralen.

Johansen zei dat het project was gericht op het ontwikkelen van fundamentele informatie over de soorten krachten die het opwellen van gedeeltelijk gesmolten mantelgesteenten langs de ruggen aandrijven.

"Het is fundamenteel onderzoek, " hij zei, "hoewel het ook baanbrekend inzicht geeft in de vorming van zwarte rokers en onderzeese metaalafzettingen."

Meten van zwakke spanningen over grote afstanden

De onderzoekers waren in staat om een ​​speciaal soort elektromagnetische beeldvormingstechniek te gebruiken, de zogenaamde Controlled Source Electromagnetic Surveying Technology (CSEM). De technologie vereist dat een schip antennes op de oceaanbodem in een rooster plaatst, waarna het schip aan een lange kabel een bron van elektromagnetische energie over het rooster sleept en informatie verzamelt over de energie die terugkomt uit de ondergrond.

De zeebodemantennes kunnen ook een tweede type elektromagnetisch signaal opnemen, een natuurlijk voorkomend elektromagnetisch achtergrondsignaal. De techniek die deze energie gebruikt, wordt magnetotellurica (MT) genoemd. "Geladen deeltjes van de zon creëren elektrische stromen wanneer ze de atmosfeer van de aarde raken. Je kunt deze energie ook zien als je het noorderlicht ziet, " hij zei.

Johansen zei dat het fascinerend is dat dit natuurlijke signaal, die erg zwak is, kan zelfs helemaal niet worden gedetecteerd, omdat het een lange reis maakt van de ionosfeer tot diep in de mantel en weer terug naar de zeebodem. Maar het werkt, vooral in combinatie met CSEM-technologie.

"Wat we voor het eerst hebben gedaan, is om deze twee signalen te combineren tot één, om behoorlijk spectaculaire beelden van deze diepe structuren te maken, " hij zei.

In dit geval, echter, de onderzoekers wilden achterhalen wat er gebeurde onder een ultraslow-spreidende bergkam. Werden de structuren onder de bergkam passief gevormd door gedeeltelijk smeltende rotsen die "opborrelden" toen de Noord-Amerikaanse en Euraziatische platen uit elkaar gingen? De informatie die ze verzamelden - zwakke spanningsverschillen die het gevolg zijn van verschillende elektrische geleidbaarheid in rotsen onder de oceaanbodem - kan worden vertaald in afbeeldingen die de ondergrondse verdeling van verschillende gesteentetypes laten zien, evenals smeltingen en vloeistoffen.

In één afbeelding, de onderzoekers waren in staat om het leidingsysteem te detecteren voor diep circulerend zeewater dat minerale afzettingen vormt bij Loki's Castle.

Een andere reeks afbeeldingen die ze maakten, laat zien wat er gebeurt waar de twee platen uit elkaar spreiden, waar de wetenschappers het meest nieuwsgierig naar waren.

De technologie werkte zo goed dat ze beelden konden maken tot 120 km onder de zeebodem. hun bevindingen, zij realiseerden zich, zou kunnen helpen bij het verklaren van de in kaart gebrachte structuren onder de bergkam en ook om fundamentele processen te begrijpen die ultralangzame ruggen creëren.

Begrijpen hoe nieuwe korst wordt gevormd op mid-oceanische ruggen

Hoewel de platentektoniektheorie van Wegener de afgelopen zes decennia is geaccepteerd, en de algemene principes achter plaatbeweging worden algemeen begrepen, er valt nog veel meer te leren, vooral als het gaat om mid-oceanische ruggen.

Wat belangrijk is om te begrijpen is dat wanneer platen uit elkaar vallen in een deel van de wereld, plaatranden zullen elkaar ontmoeten op een ander deel van de wereld. Dat betekent dat er iets moet geven.

Wanneer twee platen elkaar raken, wordt de zijkant van een plaat geduwd, of ondergedompeld, onder de andere plaat. Dit is wat er gebeurt in de Stille Oceaan, waar de oostkant van de Pacifische plaat onder het Zuid-Amerikaanse continent schuift.

Er is over het algemeen veel tektonische activiteit, zoals aardbevingen of vulkanen, bij plaatgrenzen. Het is meestal beter zichtbaar wanneer de rand van de plaat zich in de buurt van de continentale rand bevindt, zoals in het westen van Noord-Amerika. Denk aan Californië.

Passief of actief noksysteem

In dit geval, echter, de onderzoekers wilden achterhalen wat er gebeurde met de ultraslow-spreidende bergkam. Werden de structuren onder de bergkam passief gevormd door gedeeltelijk smeltende rotsen die "opborrelden" toen de Noord-Amerikaanse en Euraziatische platen uit elkaar dreven?

Of is er een duw van onderaf, waar overdruk in de mantel een dynamisch systeem creëert dat actief deels gesmolten gesteente uit de diepte omhoog duwt?

"Normaal gesproken, als we denken aan platen die uit elkaar bewegen, ze creëren een ruimte tussen hen en magma stijgt op. Dus als je hier een afbeelding van maakt, de normale gedachte is dat het er mooi en symmetrisch uitziet, " hij zei.

Echter, toen de wetenschappers naar de beelden keken die ze hadden, ze realiseerden zich dat de lithosferische plaat aan de oostkant van de nok veel dikker en kouder was dan aan de westkant van de nok.

This matters because geologists have traditionally believed that asymmetric thickness along mid-ocean ridges means there must be a dynamic system and that overpressure pushes magma up from the deep mantle.

In dit geval, echter, the researchers realized that there was a much simpler explanation for why the eastern side of the ridge was thicker and deformed:the eastern side of the ridge is the edge of the Eurasian plate, which is slowly moving southwards. In tegenstelling tot, the North American plate is moving nearly west.

Asymmetric plate movement helps explain the pattern

In short, "the asymmetry below the ridges doesn't have to be a sign of push from below, " he said. "Maybe it is simpler than that. Maybe when you have asymmetric structures below the ridge, it's because you have asymmetric plate movement at the surface."

That could mean no push from below at the Mohns Ridge, but that the movements of the plates themselves are making the patterns the researchers see, he said. It's also another piece of information that will help researchers to better understand how the Earth's tectonic plates behave.

Johansen came to academia after a career working at Equinor, the Norwegian energy company, and with EMGS, the company that has developed the electromagnetic imaging technique the researchers used in their findings.

"People ask me why I do this, " he said, he said of his shift to academia. "It's because of the excitement of discovery that is a part of basic research."