In de jaren 70, wetenschappers kwamen met een revolutionair idee over hoe het diepe binnenste van de aarde werkt. Ze stelden voor dat het langzaam aan het karnen is als een lavalamp, met drijvende klodders die opstijgen als pluimen van heet mantelgesteente uit de buurt van de kern van de aarde, waar rotsen zo heet zijn dat ze bewegen als een vloeistof.

Volgens de theorie, als deze pluimen het oppervlak naderen, beginnen ze te smelten, massale vulkaanuitbarstingen veroorzaken. Maar het bewijs voor het bestaan ​​van dergelijke pluimen bleek ongrijpbaar en geologen hadden het idee vrijwel verworpen.

Maar in een vandaag gepubliceerde krant we kunnen dit bewijs nu leveren. Onze resultaten laten zien dat Nieuw-Zeeland bovenop de overblijfselen van zo'n oude gigantische vulkanische pluim zit. We laten zien hoe dit proces vulkanische activiteit veroorzaakt en een sleutelrol speelt in de werking van de planeet.

Ongewone trillingen

Ongeveer 120 miljoen jaar geleden - tijdens de tijd van dinosaurussen in het Krijt - creëerden enorme vulkaanuitbarstingen onder de oceaan een onderwaterplateau ter grootte van India. Overuren, het werd verbroken door de bewegingen van tektonische platen. Eén fragment ligt nu onder Nieuw-Zeeland en vormt het Hikurangi-plateau.

We hebben de snelheid van seismische drukgolven gemeten - in feite geluidsgolven - en hoe ze door mantelrotsen onder het Hikurangi-plateau reizen. Deze trillingen werden veroorzaakt door aardbevingen of opzettelijke explosies en bereikten snelheden van 9 kilometer per seconde.

Het is bekend dat deze golven, bekend als P-golven, reizen in de bovenste mantel van de aarde met een opmerkelijk constante snelheid:ongeveer 8,1 km per seconde (ongeveer 30, 000 km per uur). Zelfs kleine afwijkingen van deze constante snelheid onthullen belangrijke informatie over de toestand van de mantelgesteenten.

Sinds eind jaren zeventig is hoge P-golfsnelheden (8,7-9,0 km/s) waren gemeld vanaf een diepte van ongeveer 30 km onder het oostelijke Noordereiland van Nieuw-Zeeland. De seismische trillingen die in deze vroege gegevens zijn geregistreerd, reisden slechts in één richting door een klein deel van de mantel, en de betekenis van de hoge snelheid was onduidelijk.

Onze nieuwe gegevens zijn veel uitgebreider, van een groot seismisch experiment in 2012 dat het zuidelijke Noordereiland en de offshore-regio's overspande, inclusief het Hikurangi-plateau.

Het toont de snelheid van P-golven bereikt 9 km/s, ongeacht de horizontale richting waarin ze reisden. Maar een zorgvuldige analyse van trillingen veroorzaakt door diepe aardbevingen toonde ongewoon lage snelheden voor trillingen die in verticale richting reizen.

Dit onthult cruciale informatie over hoe de mantelrotsen zijn uitgerekt of samengedrukt door de enorme krachten in de aarde, en dit blijkt het bestaan ​​van de ongrijpbare pluimen te bevestigen.

Een seismische pannenkoek

Het patroon van seismische snelheden dat we hebben waargenomen, vereist dat de mantelrotsen onder het Hikurangi-plateau zijn uitgerekt en samengedrukt op ongeveer dezelfde manier als men een pannenkoekvorm zou kunnen produceren door een rubberen bal plat te maken.

Toen we computersimulaties uitvoerden van stijgende pluimen in de mantel, we ontdekten dat ze precies dit afvlakkingspatroon voor pannenkoeken reproduceerden, terwijl de paddestoelvormige kop van de pluim zich zijwaarts verspreidt en dicht bij het oppervlak instort.

We hebben ook gekeken naar gegevens van seismische experimenten door internationale teams op andere oceanische plateaus in het zuidwesten van de Stille Oceaan. Opmerkelijk, zowel de Manihiki- als de Ontong-Java-plateaus vertoonden hetzelfde patroon als we onder het Hikurangi-plateau zagen. P-golven reisden met dezelfde hoge snelheden, ongeacht de horizontale richting, maar bij aanzienlijk lagere snelheden in verticale richting.

Een oude superpluim reconstrueren

De grote oceanische plateaus van de zuidwestelijke Stille Oceaan zijn nu verspreid, maar we weten hoe ze ooit in elkaar pasten, ongeveer 120 miljoen jaar geleden. Ze vormden een gebied onder een dikke laag vulkanisch gesteente, duizenden kilometers breed.

Onze analyse laat zien dat dit hele gebied boven de enkele kop van een gigantische pluim lag - een superpluim - die smolt om enorme lava-uitbarstingen te produceren over een geologisch korte periode van een paar miljoen jaar.

Siberië is de enige andere plaats op aarde waar dit patroon van P-golfsnelheden is waargenomen in de bovenmantel. En het blijkt dat dit ook het toneel was van wijdverbreide vulkaanuitbarstingen ongeveer 250 miljoen jaar geleden, vermoedelijk veroorzaakt door de opkomst van een superpluim.

Deze vulkanische activiteit heeft mogelijk het klimaat op aarde veranderd en een massale uitsterving veroorzaakt die de evolutie van het leven beïnvloedde.

Nieuw-Zeeland en enkele verspreide eilanden in de zuidwestelijke Stille Oceaan liggen op de overblijfselen van wat ooit een immens krachtige geologische kracht was. We weten niet of dit proces vandaag de dag nog steeds aan de gang is, maar onze nieuwe seismische techniek voor het vinden van deze superplumrestanten kan ons helpen meer te ontdekken - meer inzicht verschaffend in de vele verbindingen tussen het diepe binnenste van onze planeet en wat er aan de oppervlakte gebeurt.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.