Curtin University-onderzoekers suggereren dat er een "kip-en-ei"-relatie bestaat tussen de op de mantel gelegen superpluimen van de aarde en op het oppervlak gelegen supercontinenten, hun bevindingen toe te voegen aan een wetenschappelijke gemeenschap die verdeeld is over wat er diep in het oppervlak van de planeet gebeurt.

Gepubliceerd in Natuurcommunicatie en Geologie , onderzoekers van Curtin's Earth Dynamics Group analyseerden de overvloed aan nikkel, chroom en ijzer in meer dan 40, 000 basaltrotsmonsters genomen van de continenten van de aarde en de oceaanbodem, waarbij het oudste monster ongeveer drie miljard jaar oud is.

John Curtin Distinguished Professor en Australische Laureate Fellow Professor Zheng-Xiang Li, van Curtin's School of Earth and Planetary Sciences, zei dat de bevindingen die zijn afgeleid van de twee onderzoekspapers meer gewicht zouden geven aan één kant van het voortdurende superplume-debat dat plaatsvindt binnen de wetenschappelijke gemeenschap.

"Bijna 3, 000 km onder het aardoppervlak, net boven de grens tussen de vloeibare buitenkern van de aarde en de vaste mantellaag, er zijn twee gigantische, heet, dichte stapels rotsen, elk honderden kilometers hoog en duizenden kilometers in diameter. Deze bergen staan ​​bekend als Large Low Shear Velocity Provinces (LLSVP's), of superpluimen, ' zei professor Li.

"Onderzoekers weten niet zeker of de superpluimen iets te maken hebben met activiteit op het aardoppervlak, en de wetenschappelijke gemeenschap is verdeeld over dit onderwerp. Sommigen geloven dat de superpluimen er al meer dan twee miljard jaar onveranderd zijn geweest, misschien sinds de allereerste dagen van de geschiedenis van de aarde, terwijl anderen beweren dat dat niet het geval is.

"Ons onderzoek rapporteert nieuw bewijs ter ondersteuning van het laatste - dat de superplumen zich op een cyclische manier vormen en uiteenvallen, vergelijkbaar met wat de tektonische platen op het aardoppervlak doen. En interessant, uit ons onderzoek blijkt dat deze activiteit bijna exact synchroon loopt met een 500 tot 700 miljoen jaar durende supercontinentcyclus."

Om hun onderzoek af te ronden, het team keek naar de tijdsvariatie van de chemische samenstelling van ongeveer 40, 000 van mantel afgeleide rotsen, uitgebarsten van continenten en de oceaanbodem in de afgelopen drie miljard jaar.

"We hebben aangetoond dat magnesium, nikkel en chroom in basaltgesteenten uit de mantel kunnen worden gebruikt als een soort vingerafdrukinstrument om de activiteit van de mantelpluim door de geschiedenis van de aarde te traceren, en we konden een directe correlatie zien tussen de superpluimactiviteit en de supercontinentcyclus, ' zei professor Li.

"Mantelpluimen zijn abnormaal hete rotsen die meestal oprijzen uit de LLSVP's en aangrenzende diepe mantel naar het aardoppervlak.

"Onze ontdekkingen laten zien dat de supercontinentcyclus leidt tot de pluim- en superpluimcyclus, maar op het zelfde moment, de superpluimen veroorzaken het uiteenvallen van de supercontinenten. Het lijkt er dus op dat tektonische platen en superpluimen een beetje een kip-en-ei-relatie hebben, maar de platen lijken een lichte overhand te hebben in het proces.

"We ontdekten ook een consistente plotselinge daling van magnesium, chroom en nikkel in monsters die ongeveer drie miljard jaar oud waren, wat wijst op een abrupte daling van de manteltemperatuur op dat moment, die we interpreteren als een weerspiegeling van het begin van de wereldwijde plaattektonische activiteit."

In de Geologie papier, het team presenteert de eerste Oceanic Large Igneous Provinces-database, die gegevens bevat van zelden bewaard gebleven oceanische mantelpluimlava's in oude bergketens.

Door gebruik te maken van deze unieke database, het team was in staat om het record van mantelpluimactiviteit in zowel het continentale als het oceanische rijk gedurende de laatste miljard jaar te reconstrueren en te vergelijken, die de twee supercontinentale cycli van Pangea en Rodinia overspant.

"Deze statistische analyses wijzen op vergelijkbare cycli tussen pluimactiviteit die in continenten wordt bewaard en die in het oceanische rijk, beide vertonen een periodieke activiteit van ongeveer 500 miljoen jaar die vergelijkbaar is met de cyclus van het supercontinent, ' zei professor Li.

"Onze twee recente artikelen leiden de weg voor het aanpakken van de 'plaattektoniek drijvende kracht'-vraag vanuit nieuwe richtingen, en nieuwe bevindingen in het komende decennium of twee kunnen wetenschappers in staat stellen om deze vraag met meer zekerheid te beantwoorden."

De onderzoekspaper "Global geochemical fingerprinting of pluimintensiteit suggereert koppeling met de supercontinentcyclus, " onder leiding van Curtin University Ph.D.-student de heer Hamed Gamal El Dien, met financiering van een subsidie ​​van de Australian Research Council, werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het onderzoekspaper "Gekoppelde supercontinent-mantelpluimgebeurtenissen bewezen door oceanische pluimrecords, " onder leiding van Curtin University Research Fellow Dr. Luc Doucet, in samenwerking met onderzoekers uit Canada, Rusland, Duitsland, Egypte en China, werd gepubliceerd in Geologie .