Wetenschappers van de Universiteit van Liverpool maken deel uit van een ambitieus onderzoeksproject om de omstandigheden onder het aardoppervlak in ongekend detail in kaart te brengen.

Door state-of-the-art technologie te combineren met de nieuwste high-performance computing, de universiteit maakt deel uit van een team van negen universiteiten, geleid door de Universiteit van Cardiff, dat tot doel heeft de allereerste 4D-kaarten van de aardmantel te maken - een enorme laag langzaam bewegende rots die zich onder ons oppervlak bevindt.

Deze circulatie van gesteente heeft letterlijk de wereld gevormd waarin we vandaag leven, van onze eilanden en continenten tot onze bergketens en oceaanbodemruggen, en bevat daarom de blauwdruk voor hoe onze planeet is geëvolueerd.

Het team wil geautomatiseerde kaarten maken van de stroom van de aardmantel in de afgelopen 1 miljard jaar, die de temperatuur vertegenwoordigen, dichtheid, en snelheid van de mantel over die tijdsperiode, het leveren van een compleet 4D-model.

hoogleraar paleomagnetisme, Andy Biggin, die aan het hoofd staat van het Geomagnetisme Laboratorium van de Universiteit en de Determining Earth Evolution van de onderzoeksgroep Palaeomagnetisme (DEEP), leidt de betrokkenheid van Liverpool bij het project. Hij zei:"Het is buitengewoon opwindend dat we zullen bijdragen aan dit ambitieuze en zeer multidisciplinaire project dat tot doel heeft 's werelds meest realistische dynamische modellen van circulatie binnen de aardmantel te produceren.

"Elk zelfconsistent bewegingsmodel in de dikke rotslaag van de aarde zou onvolledig zijn als het niet ook op aannemelijke wijze rekening zou houden met waargenomen veranderingen in het magnetische veld van de planeet dat in de onderliggende kern wordt gegenereerd. De rol van het DEEP-team van Liverpool zal zijn om toestand te genereren of-the-art paleomagnetische records en modellen om deze kritische beperking te bieden."

Hoofdonderzoeker van het project, Professor Huw Davies van de Universiteit van Cardiff, zei:"Net zoals het ontdekken van DNA ons begrip van biologie opende, het in kaart brengen van de mantelstroom zal ons inzicht verschaffen in hoe de aarde in de loop van haar geschiedenis is gevormd."

De theorie van de platentektoniek, de verdeling van de buitenste schil van de aarde in verschillende glijdende platen, heeft een revolutie teweeggebracht in de wetenschappen en ons in staat gesteld om de beweging van het aardoppervlak echt te begrijpen.

Nog, platentektoniektheorie vertelt ons niets over de processen dieper in de aarde die plaatbewegingen aandrijven, evenmin verklaart het enkele van de meest dramatische gebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde, zoals het uiteenvallen van platen, de uitstorting van enorme hoeveelheden lava en massale uitstervingsgebeurtenissen.

De mantel van de aarde functioneert als een gigantisch leidingsysteem waar warmte wordt overgedragen van de hete kern naar de oppervlakte en dan weer terug, in één grote cyclus. Deze overdracht van warmte via upflow en downflow, bekend als opwelling en downwelling, wordt mogelijk gemaakt door de rotsen in de mantel die met extreem lage snelheden bewegen - ongeveer dezelfde snelheid als een vingernagel.

Het proces van opwelling, de beweging van warmte vanuit de kern, blijft een groot mysterie voor wetenschappers, vooral hoe het correleert met de beweging van tektonische platen, en zal de belangrijkste focus van dit onderzoeksproject zijn.

Opwelling is ook van groot belang voor wetenschappers omdat er regio's of 'hotspots' op het aardoppervlak zijn waar het historisch heeft geleid tot de uitstorting van enorme hoeveelheden lava, as en gassen in de atmosfeer die verwoestende gevolgen hebben gehad voor het leven op aarde.

Deze gebieden, bekend als Large Igneous Provinces (LIP's), worden nu gezien als afzettingen van stollingsgesteenten die duizenden vierkante kilometers kunnen beslaan en honderden meters dik zijn.

Bijvoorbeeld, de Deccan-vallen, een LIP dat een groot deel van India besloeg, was mede verantwoordelijk, samen met een grote meteorietinslag in Mexico, voor de ondergang van de dinosauriërs, terwijl een andere LIP, de Siberische vallen, was verantwoordelijk voor de grootste uitstervingsgebeurtenis ooit van het leven op aarde.

Als onderdeel van de studie, het team zal voor het eerst toegang hebben tot een record van plaatbeweging van de afgelopen 1 miljard jaar van de geschiedenis van de aarde. Deze gegevens zullen worden gecombineerd met seismische beeldvorming van aardbevingen die in het verleden hebben plaatsgevonden en die zich momenteel voordoen, die informatie zal geven over de snelheid waarmee seismische golven door de mantel bewegen en daarom als een medische scan werken en een 'beeld' van het interieur geven.

Professor Davies voegde toe:"Door al deze informatie te combineren, we zullen een veel duidelijker begrip hebben van hoe onze planeet werkt. De 4D-visualisaties die het project zal produceren, zullen van groot belang zijn voor een breed scala aan onderzoeksgebieden en industrieën, van de verkenning van minerale hulpbronnen tot het begrijpen hoe grootschalige gebeurtenissen in het verleden ons klimaat hebben gevormd en daarom robuustere voorspellingen van toekomstige klimaatverandering ondersteunen."

Dit project zet een nauwe samenwerking voort tussen Liverpool en de Universiteit van Leeds om eerdere variaties in het langetermijngedrag van het aardmagnetisch veld te verklaren, ondersteund door The Leverhulme Trust en NERC.

Professor Biggin zal een van de drie werkpakketten van het project beheren - Evolutie van mantelstroom - dat dynamische topografie, geochemie, petrologie en geomagnetisme om tijdsafhankelijke beperkingen op de gegenereerde modellen te bieden.