Како настају вулкани? Научници проналазе изненађујуће хладне „вруће тачке“ испод Земљине коре

 ТЕМА: Амерички Институт За Физику,Геофизика, Вулкан

Извор: CHARLES Q. CHOI, Амерички институт за физику, 7. ЈАНУАРА 2022

Налази сугеришу да су тренутне теорије о томе како се неки вулкани формирају можда превише једноставне.

Вруће тачке које су створиле вулканска острва као што су Хаваји, Исланд и острва Галапагос често се могу показати изненађујуће хладним, открива нова студија. Ова открића сугеришу да таква жаришта можда не потичу увек од ужарених стена које извиру из области које су близу Земљиног језгра, како се раније мислило, приметили су научници.

Вулкани се обично налазе у граничном подручју тектонских плоча, настали из притиска између тих џиновских стена лебдећи при врху области између Земљиног језгра и коре. Класични примери таквих вулкана су они који чине такозвани Ватрени прстен на пацифичком ободу.

Међутим, вулкани понекад избијају усред тектонских плоча. Извори ових жаришта могу бити попут омотача пламенова, у виду стубова врућих кипућех стена у облику печурака који се уздижу из дубоког омотача и који сагоревају избачени материјал попут неке лампе. Док тектонске плоче плутају преко таквих пламених области, геолози мисле да се могу појавити ланци вулканских острва.

Сада научници откривају да су многе жаришне тачке драматично хладније него што се раније мислило, што поставља питања о њиховом пореклу. „Знатан део жаришта не одговара класичном моделу тзв пламених области“, рекао је Ведран Лекић, сеизмолог са Универзитета Мериленд, (College Park), који није учествовао у овој студији.

У овој новој студији, истраживачи су анализовали брзину сеизмичких таласа који пролазе кроз област која се налази испод океанских жаришта и гребена да би проценили температуре на тим местима. (Сеизмички таласи путују брже кроз хладне стене.)

Отприлике 45% тих врућих тачака је за више од 155 ⁰C топлије од средњеокеанских гребена. Међутим, око 40% је само за 50 до 136 ⁰C топлије од средњеокеанских гребена, што значи да није нарочито вруће и стога није довољно плутајуће да подржи активно подизање стене из дубоке области. Штавише, око 15% врућих тачака је само 36 ⁰C посебно хладније или топлије, од средњеокеанских гребена.

Да би расветлили порекло ових различитих врста жаришта, научници су такође испитали однос ређег хелијума-3 и уобичајенијег хелијума-4 у њиховој стени. (Свако атомско језгро хелијума-3 поседује само један неутрон, док језгра хелијума-4 имају по два.)

Хелијум који се налази у Земљиној кори је углавном хелијум-4 који настаје разградњом уранијума и других радиоактивних изотопа током времена, док је хелијум из дубине Земље богатији хелијумом-3, вероватно из резервоара древног материјала који чува првобитни однос између ових изотопа - насталих током првих дана Земљиног живота. Истраживачи су открили да врућа жаришта поседују много већи однос хелијума-3 и хелијума-4 него хладна жаришта.

Иако класични модел жаришта које потиче од пламенова који извиру из дубоког омотача може објаснити вруће тачке, укључујући већину познатих, као што су оне које се налазе испод Хаваја, Исланда, Галапагоса, Самое и Ускршњег острва, „можда је истина да само неколико врућих тачака се заиста понаша као наш класични модел пламених области и жаришта“, рекла је коауторка студије Каролина Литгов-Бертелони, геодинамичарка са Универзитета Калифорније у Лос Анђелесу.

„Ово појачава тврдњу онога што су неки истраживачи раније тврдили, а то је, да је термин „жаришна тачка“ погрешан и да би вулкане који се не уклапају у парадигму тектонске плоче радије могли назвати „аномалијама топљења“,“ рекао је сеизмолог Рос Магвајер са Универзитета у Новом Мексику, који није учествовао у овом истраживању.

Хладније жаришне тачке, уместо тога могу да потичу из горњег омотача, или од дубоких облака који се споро крећу и који имају више времена да се охладе, или од дубоких пламенова који ступају у интеракцију хладећи се омотачем усковитлане кипуће стене. „Ако је ово тачно, за геодинамичаре ће бити изазов да објасне такав налаз“, рекао је Бернард Стајнбергер, геодинамичар из Немачког истраживачког центра за геонауке у Потсдаму, који није био део овог рада. "Ови резултати ће несумњиво покренути нова истраживања."

Све у свему, „класични поглед на омотаче није толико погрешан већ је сложенији него што је био представљен пре 30 до 50 година“, рекао је Литгов-Бертелони.

Уместо тога, овај рад „указује на много већу разноликост међу омотачима“, рекао је Стајинбергер. „То је као кад год добијете неки нови поглед на неку планету или месец изблиза, и тада уочите неке потпуно неочекиване карактеристике, при чему та тела и даље остају округла.”

У будуће, научници би желели да детаљније анализују сваку жаришну тачку како би стекли још бољи увид о њиховим температурама, рекао је Литгов-Бертелони. Такође имају за циљ да спроведу више компјутерских симулација тестирајући различите сценарије, додала је она.

Истраживачи су своје налазе детаљно изнели у издању часописа Science од 7. јануара.

Референца: “On the relative temperatures of Earth’s volcanic hotspots and mid-ocean ridges” by Xiyuan Bao, Carolina R. Lithgow-Bertelloni, Matthew G. Jackson and Barbara Romanowicz, Science.

DOI: 10.1126/science.abj8944