Wanneer een hete pluim van gesteente door de aardmantel opstijgt om de bovenliggende korst te doorboren, het kan niet alleen een vulkanisch oceaaneiland creëren, maar ook een deining in de oceaanbodem van honderden tot duizenden kilometers lang. Na verloop van tijd wordt het eiland meegesleurd door de onderliggende tektonische plaat, en de pluim laat een ander eiland op zijn plaats komen. Gedurende miljoenen jaren, deze geologische hotspot kan een keten van slepende eilanden produceren, waarop het leven tijdelijk kan bloeien voordat de eilanden zinken, een voor een, terug de zee in.

De aarde zit vol met tientallen hotspots, inclusief degenen die de eilandketens van Hawaï en de Galapagos hebben voortgebracht. Hoewel het proces waarmee vulkanische eilanden worden gevormd van keten tot keten vergelijkbaar is, de tijd die een eiland boven zeeniveau doorbrengt, kan sterk variëren, van een paar miljoen jaar in het geval van de Galapagos tot meer dan 20 miljoen jaar voor de Canarische Eilanden. De leeftijd van een eiland kan het leven en de landschappen bepalen die zich daar ontwikkelen. En toch zijn de mechanismen die de levensduur van een eiland bepalen grotendeels onbekend.

Nu hebben wetenschappers van MIT een idee over de processen die de leeftijd van een vulkanisch eiland bepalen. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , ze rapporteren een analyse van 14 grote vulkanische eilandketens over de hele wereld. Ze ontdekten dat de leeftijd van een eiland verband houdt met twee belangrijke geologische factoren:de snelheid van de onderliggende plaat en de grootte van de deining die wordt gegenereerd door de hotspotpluim.

Bijvoorbeeld, als een eiland op een snel bewegende plaat ligt, het heeft waarschijnlijk een korte levensduur, behalve, zoals het geval is met Hawaï, het werd ook gecreëerd door een zeer grote pluim. De pluim die aanleiding gaf tot de Hawaiiaanse eilanden is een van de grootste op aarde, en terwijl de Pacifische plaat waarop Hawaï zit relatief snel is in vergelijking met andere oceanische platen, het duurt geruime tijd voordat de plaat over de uitgestrekte deining van de pluim glijdt.

De onderzoekers ontdekten dat dit samenspel tussen tektonische snelheid en pluimgrootte verklaart waarom de Hawaiiaanse eilanden miljoenen jaren langer boven zeeniveau blijven dan de oudste Galapagos-eilanden. die ook op platen zitten die met een vergelijkbare snelheid maar over een veel kleinere pluim reizen. Ter vergelijking, de Canarische Eilanden, een van de oudste eilandketens ter wereld, zitten op de langzaam bewegende Atlantische plaat en over een relatief grote pluim.

"Deze eilandketens zijn dynamisch, insulaire laboratoria waar biologen zich lang op hebben gericht, ", zegt voormalig MIT-afgestudeerde studente Kimberly Huppert, hoofdauteur van de studie. "Maar naast studies over individuele ketens, er is niet veel werk dat ze in verband brengt met processen van de vaste aarde, kilometer onder het oppervlak."

"Je kunt je voorstellen dat al deze organismen leven op een soort tredmolen gemaakt van eilanden, als stapstenen, en ze evolueren, divergerend, migreren naar nieuwe eilanden, en de oude eilanden verdrinken, " voegt Taylor Perron toe, associate hoofd van MIT's Department of Earth, Atmosferische en planetaire wetenschappen. "Wat Kim heeft laten zien is, er is een geofysisch mechanisme dat bepaalt hoe snel deze loopband beweegt en hoe lang de eilandkettingen gaan voordat ze van het einde vallen."

Huppert en Perron waren co-auteur van de studie met Leigh Royden, hoogleraar aarde, atmosferische en planetaire wetenschappen aan het MIT.

Een steekvlam laten zinken

De nieuwe studie maakt deel uit van Hupperts MIT-scriptiewerk, waarin ze vooral keek naar de evolutie van landschappen op vulkanische eilandketens, de Hawaiiaanse eilanden in het bijzonder. Bij het bestuderen van de processen die bijdragen aan eilanderosie, ze groef een controverse op in de literatuur over de processen die ervoor zorgen dat de zeebodem rond hotspot-eilanden opzwelt.

"Het idee was als je een deel van de bodem van de plaat verwarmt, je kunt het heel snel laten stijgen door alleen thermische opwaartse kracht, eigenlijk als een steekvlam onder de plaat, ' zegt Royden.

Als dit idee klopt, dan op dezelfde manier, afkoeling van de verwarmde plaat zou ervoor moeten zorgen dat de zeebodem zakt en eilanden uiteindelijk terug in de oceaan zinken. Maar bij het bestuderen van de ouderdom van verdronken eilanden in hotspotketens over de hele wereld, Huppert ontdekte dat eilanden sneller verdrinken dan enig natuurlijk koelmechanisme zou kunnen verklaren.

"Dus het grootste deel van deze stijging en daling kan niet afkomstig zijn van verwarming en koeling, ' zegt Royden. 'Het moest iets anders zijn.'

Hupperts observatie inspireerde de groep om grote vulkanische eilandketens te vergelijken in de hoop de mechanismen van het optillen en zinken van eilanden te identificeren - wat waarschijnlijk dezelfde processen zijn die de levensduur van een eiland bepalen, of tijd boven zeeniveau.

Evolutie, op een loopband

In hun analyse de onderzoekers keken naar 14 vulkanische eilandketens over de hele wereld, inclusief de Hawaiiaanse, Galapagos, en Canarische eilanden. Voor elke eilandketen, ze noteerden de richting waarin de onderliggende tektonische plaat bewoog en maten de gemiddelde snelheid van de plaat ten opzichte van de hotspot. Ze hebben toen gemeten, in de richting van elke eilandketen, de afstand tussen het begin en het einde van de deining, of verheffing in de korst, gecreëerd door de onderliggende pluim. Voor elke eilandketen, ze deelden de deiningsafstand door plaatsnelheid om te komen tot een getal dat de gemiddelde tijd vertegenwoordigt die een vulkanisch eiland bovenop de deining van de pluim zou moeten doorbrengen - wat zou moeten bepalen hoe lang een eiland boven zeeniveau blijft voordat het in de oceaan zinkt.

Toen de onderzoekers hun berekeningen vergeleken met de werkelijke leeftijden van elk eiland in elk van de 14 ketens, inclusief eilanden die al lang onder zeeniveau waren gezonken, ze vonden een sterke correlatie tussen de tijd die op de deining wordt doorgebracht en de typische hoeveelheid tijd dat eilanden boven zeeniveau blijven. De levensduur van een vulkanisch eiland, zij concludeerden, hangt af van een combinatie van de snelheid van de onderliggende plaat en de grootte van de pluim, of deining die het creëert.

Huppert zegt dat de processen die de leeftijd van een eiland bepalen, wetenschappers kunnen helpen de biodiversiteit beter te begrijpen en hoe het leven er van de ene eilandketen tot de andere anders uitziet.

"Als een eiland lang boven zeeniveau blijft, dat zorgt voor een lange tijd voor soortvorming om uit te spelen, "zegt Huppert. "Maar als je een eilandenketen hebt waar je eilanden hebt die sneller verdrinken, dan zal het van invloed zijn op het vermogen van de fauna om uit te stralen naar naburige eilanden, en hoe deze eilanden zijn bevolkt."

De onderzoekers stellen dat, In zekere zin, we hebben het samenspel van tektonische snelheid en pluimgrootte te danken aan ons moderne begrip van evolutie.

"Je kijkt naar een proces in de vaste aarde dat bijdraagt ​​aan het feit dat de Galapagos een zeer snel bewegende loopband is, met eilanden die heel snel verdwijnen, met niet een lange tijd om te eroderen, en dit was het systeem dat ertoe leidde dat mensen evolutie ontdekten, Royden merkt op. "Dus in zekere zin heeft dit proces echt de weg geëffend voor mensen om erachter te komen waar evolutie over ging, door het in deze microkosmos te doen. Als dit proces er niet was geweest, en de Galapagos waren niet in die korte verblijftijd geweest, wie weet hoe lang het zou hebben geduurd voordat mensen erachter kwamen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.