Vulkanische hotspots zoals die welke de Hawaiiaanse eilanden hebben gecreëerd, worden lange tijd beschouwd als stationaire punten, ontstaan ​​door processen diep in het binnenste van de aarde.

Met behulp van nieuwe paleomagnetische gegevens en analyses, onderzoekers John Tarduno, een professor in aard- en milieuwetenschappen aan de Universiteit van Rochester; Richard Bono, een voormalig postdoctoraal onderzoeksmedewerker in het laboratorium van Tarduno en nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Liverpool; en Hans-Peter Bunge, een geofysicus aan de universiteit van München, afdoende bewijs leveren dat hotspots niet vast zijn, maar in beweging zijn. Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications, lost een groot debat op over de oorsprong van de grootschalige structuur van het aardoppervlak en het diepe binnenste.

Wat zijn hotspots?

De lithosfeer van de aarde is de buitenste schil van onze planeet, samengesteld uit zeven grote puzzelstukjes die bekend staan ​​als tektonische platen. Terwijl tegenwoordig elk van de tektonische platen ruwweg een van de zeven continenten en de Stille Oceaan omvat, wetenschappers geloven dat de stukken ooit in elkaar pasten om supercontinenten te vormen. Het laatste supercontinent van de aarde, Pangaea, begon ongeveer 175 miljoen jaar geleden uiteen te vallen. Een groot deel van de seismische activiteit van de aarde, inclusief aardbevingen en vulkanen, komt voor op de grenzen van de tektonische platen.

Maar er zijn andere regio's op aarde die worden gekenmerkt door vulkanische activiteit, onafhankelijk van de plaatgrenzen. Onderzoekers noemen deze gebieden hotspots. Men denkt dat hete plekken zich ontwikkelen boven abnormaal hete opwellingen van magma in de aardmantel, mantelpluimen genaamd. Hoewel onderzoekers niet naar de mantel kunnen reizen om deze processen te observeren, ze kunnen hotspots afleiden vanwege het vulkanisme dat ontstaat wanneer het magma door de lithosfeer duwt. De meest actieve hotspots zijn die onder Yellowstone, de Galapagos-eilanden, IJsland, en Hawaï.

Vaste versus bewegende hotspots

De theorie van de platentektoniek werd in de jaren zestig algemeen aanvaard, maar, zegt Tarduno, "Het ontcijferen van de eerdere beweging van de tektonische platen van de aarde en het koppelen van deze bewegingen aan diepere processen in de aarde is een voortdurende uitdaging in de geowetenschappen."

Decennia na de platentektoniekrevolutie, onderzoekers dachten dat hotspots waren opgelost, het verstrekken van een referentiekader om de beweging van de aardplaten te meten.

Een iconische illustratie van dit idee was de bocht van 60 graden in de keten van eilanden waaruit Hawaï bestaat. Onderzoekers geloofden dat de Hawaiiaanse eilanden zijn gemaakt via een lopende band-achtig proces:een eiland zou zich boven een hotspot vormen, de beweging van de plaat zou het eiland van de hotspot verplaatsen, en de hotspot zou op zijn plaats blijven en een nieuw eiland genereren.

In 2001, Tarduno en zijn collega's verzamelden monsters van rotsen en sediment via wetenschappelijke oceaanboringen in Hawaii's Emperor Seamounts - onderzees, uitgedoofde vulkanen in de Stille Oceaan. Door het magnetisme te bestuderen dat was opgesloten in de oude monsters - een veld dat bekend staat als paleomagnetisme - stelden de onderzoekers vast dat de hotspot onder Hawaï niet vast was, maar was verplaatst. Dit schilderde een beeld dat meer in overeenstemming was met een actief convecterende en constant karnende mantel.

Ondanks dit bewijs, echter, controverse over de fixatie van hotspots voortgezet.

Grote gebieden met hotspots

Het debat werd aangewakkerd toen onderzoekers ontdekten dat veel hotspots geworteld waren in een van de twee grote regio's boven de kern-mantelgrens:een regio onder Afrika en de andere onder de Stille Oceaan. Onderzoek door seismologen wees uit dat dit regio's waren, bekend als grote provincies met lage afschuifsnelheid (LLSVP's), waar seismische golven langzaam reizen. Door de lage snelheid waren de regio's ongewoon heet of chemisch verschillend van de omringende rotsen.

Sommige wetenschappers geloven dat LLSVP's overblijfselen zijn van plaatsubductie, waar een plaat naar beneden beweegt in de mantel onder een andere plaats, wat suggereert dat LLSVP's constant in beweging zijn. Andere wetenschappers geloven dat LLSVP's stationair zijn en gevormd zijn uit een oerformatie, daterend uit de vroegste processen die de planeet hebben gevormd.

De nieuwe analyses uitgevoerd door Tarduno en zijn team, inclusief modellering, geochemie, en paleomagnetisme, suggereren dat LLSVP's in beweging zijn, overblijfselen van subductie die hebben plaatsgevonden sinds het uiteenvallen van Pangaea.

"LLSVP's zijn duidelijk oud, meer dan 100 miljoen jaar oud, maar sommige onderzoekers hebben beweerd dat ze ook vast zijn en dus kunnen worden gebruikt als referentiekader voor plaatbeweging, " zegt Tarduno. "De nieuwe analyses suggereren dat LLSVP's mantelpluimen kunnen aantrekken totdat de LLSVP's en de mantelpluimen samensmelten."

De onderzoekers ontdekten ook dat LLSVP's grootschalige bewegingen kunnen ondergaan die qua snelheid vergelijkbaar zijn met de beweging van de tektonische platen. Dit levert nog meer bewijs dat het de beweging van hotspots was - en niet hun vastheid - die de bocht op de Hawaiiaanse eilanden veroorzaakte.