Twee onderzoekers van de University of Wyoming maken deel uit van de allereerste kartering van magnetische strepen - een van de fundamenten van platentektoniek - in het onderste gabbroic-gedeelte van zich snel verspreidende oceanische korst.

In het proces, de groep heeft mogelijk een 30 jaar oude kwestie van wetenschappelijk debat opgelost:met welke snelheid vormt zich snelgroeiende oceanische korst?

"Dit is nog nooit eerder gedaan. De magnetische strepen zijn een verslag van hoe het magnetisch veld van de aarde in de loop van de tijd verandert en, vooral, hoe het aardmagnetisch veld omdraait of omkeert wanneer de magnetische noordpool de magnetische zuidpool wordt en vice versa, " zegt Michael Cheadle, een professor in de UW afdeling Geologie en Geofysica. "Dit in kaart brengen in de derde dimensie is op zichzelf al opwindend omdat de magnetische strepen, voor het eerst ontdekt in de vroege jaren zestig, leverde een aantal van de belangrijkste bewijzen voor de theorie van platentektoniek - de theorie die verklaart hoe en waarom we bergketens krijgen, oceaanbekkens, vulkanen en aardbevingen."

Cheadle is een derde auteur van een nieuwe studie die wordt benadrukt in een artikel met de titel "Three-Dimensional Magnetic Stripes Require Slow Cooling in Fast-Spread Lower Ocean Crust", dat vandaag werd gepubliceerd in Natuur , een internationaal weekblad voor de wetenschap.

Cheadle en Barbara John, een UW hoogleraar geologie en geofysica, de vierde auteur van de krant, en Jeff Gee, een professor in de geowetenschappen aan de Scripps Institution of Oceanography van de University of California-San Diego, het experiment ontworpen, evenals uitgevoerde monster- en gegevensverzameling. Sarah Maher, een doctoraat student aan de Scripps Institution of Oceanography, is de hoofdauteur van de krant. Zij en Gee voltooiden de gegevensverwerking en -analyse.

Het manuscript behandelt de vraag hoe snel zich oceaankorst verspreidt - die goed is voor 40 procent van de oceanische korst en, daarom, 25 procent van het aardoppervlak koelt af en vormt zich met behulp van nieuwe toepassingen van aardkorstmagnetisatie. De vorm van de magnetische strepen in de derde dimensie laat zien dat de oceaankorst eigenlijk heel langzaam afkoelt.

"Dus, we hebben zojuist een grote beperking opgelegd aan hoe een kwart van de aardkorst zich vormt, " zegt Cheadle over de resultaten van het onderzoek.

Cheadle, John en Gee waren de drie hoofdonderzoekers op de cruise naar Pito Deep in 2017. Gelegen nabij Paaseiland, Pito Deep is een grote kloof, dat is een van de weinige plaatsen in de Stille Oceaan waar bemonstering van een dwarsdoorsnede van de lagere oceanische korst mogelijk is. Pito Deep is ongeveer 3,5 kilometer diep, dat is ongeveer twee keer de diepte van de Grand Canyon.

Oceaankorst ontstaat op midoceanische ruggen en vormt zich door bevriezing en kristallisatie van magma, die ontstaat door het smelten van de aardmantel. Dat magma heeft een temperatuur van 1, 200 graden Celsius wanneer het eerst uit de mantel ontsnapt voordat het afkoelt en stolt tot gesteente. Omdat het onder de 580 graden Celsius afkoelt, het wordt gemagnetiseerd en legt een record vast van de oriëntatie van het magnetische veld van de aarde op dat moment. Als resultaat, het registreert de periodieke omkeringen of omkeringen van de polariteit van het aardmagnetisch veld, wanneer de magnetische noordpool de magnetische zuidpool wordt, en vice versa. Deze polariteitsomkeringen leiden tot de normaal gemagnetiseerde en omgekeerd magnetische strepen van oceaankorst.

"De magnetische strepen kunnen worden beschouwd als een bandopname van de geschiedenis van het aardmagnetisch veld, "zegt Cheadle. "En het patroon van die bandopname laat zien dat de snel verspreide oceanische korst heel langzaam moet zijn afgekoeld."

Het onderzoeksteam documenteerde een subhorizontale magnetische streep of polariteitsgrens die zich uitstrekt over 8 kilometer van de paleo-verspreidingsas. Om dit te doen, de groep gebruikte Sentry, een autonome onderzeeër, om de magnetisatie van de zeebodem van gabbroic rock in kaart te brengen over twee 8 tot 10 kilometer lange regio's en directe metingen te doen van de magnetische polariteit van meer dan 200 georiënteerde monsters verzameld door Jason II, een op afstand bediende onderzeeër. Gabbroïsch gesteente is het bevroren magma dat een magmakamer vormt onder vulkanen, die lava op de zeebodem uitbarst.

Oceaankorst behoudt veranderingen in de polariteit en intensiteit van het magnetische veld terwijl het afkoelt door zijn lock-in of blokkeringstemperatuur. Dit gebeurt ofwel onmiddellijk, zoals in het lavagedeelte, welke flits afkoelt bij uitbarsting; of langzamer in het diepere gabbro-gedeelte. De geometrie van de geregistreerde grenzen tussen normaal en omgekeerd gemagnetiseerd gesteente in de dwarsdoorsnede van de aardkorst weerspiegelt dus de afkoelingsgeschiedenis van de oceaankorst in het verleden.

Het onderzoek leidt tot twee belangrijke, toetsbare voorspellingen van de resultaten van het onderzoek, zegt Cheadle.

"Eerst, we stellen voor dat ons koelmodel consistent is met 100 tot 200 meter offset fouten die 8 tot 10 kilometer buiten de as optreden, waardoor diepe hydrothermische circulatie mogelijk is, "zegt Cheadle. "Als het goed is, Dit houdt in dat er een aanzienlijk gebied is van relatief onontgonnen, waarschijnlijk diffuus, hydrothermische circulatie die ongeveer 10 kilometer buiten de as plaatsvindt op snel verspreide bergkammen.

"Ten tweede, onze resultaten impliceren dat alleen ondiepe aardbevingen zouden plaatsvinden binnen 8 tot 10 kilometer van de verspreidingsas, " vervolgt hij. "Onze resultaten hebben wijdverbreide implicaties op meerdere gebieden van de geowetenschap, inclusief de vorming van de aardkorst, vloeistofstroom in de oceanen, geochemie en seismologie."