Hawaiian-Emperor Chain är ett exempel på en hotspot-bana - ett spår av vulkaniska öar och havsberg skapade på en litosfärisk platta när plattan långsamt skiftar över en plats med lokal smältning som kommer från en stråle av hett material som stiger från den djupa manteln (manteln) plym). För mer information se releasen. Kredit:T. Torsvik et al. (GFZ)
De vulkaniska öarna på Hawaii representerar den yngsta änden av en 80 miljoner år gammal och ungefär 6, 000 kilometer lång bergskedja på Stilla havets mark. Den så kallade Hawaiian-Emperor-kedjan som består av dussintals vulkaner är välkänd för sin säregna 60 graders böjning. Orsaken till denna böjning har diskuterats flitigt i årtionden. En förklaring är en abrupt förändring i rörelsen av den tektoniska plattan i Stilla havet, den motsatta modellen anger drift söderut av mantelplymen som har hämtat kedjan sedan starten för 80 miljoner år sedan. Tydligen spelar båda processerna en viktig roll, visar en ny studie i Naturkommunikation , publicerad av en grupp forskare från universitetet i Oslo, German Research Center for Geosciences GFZ Potsdam, och Utrecht University.
Många vulkaniska havsöar skapas av kolumnformade varma uppgångar som kallas mantelplymer som har sitt ursprung nära den ~3000 km djupa basen av jordens mantel. Mantelplymer påverkas inte mycket av ytrörelser hos de tektoniska plattorna som långsamt rör sig över dem. Därav, långa linjära kedjor av vulkaner från plym som blir äldre och äldre med ökande avstånd från aktiva hotspots kan spåras i hundratals till tusentals kilometer. I den hawaiiska hotspot-leden, Hawaiiöarna är de yngsta i kedjan som sträcker sig nästan 6, 000 km till Detroit seamount i nordvästra Stilla havet, där vulkanismen inträffade för cirka 80 miljoner år sedan. En oöverträffad 60 graders böjning kännetecknar Hawaiian-Emperor Chain, dela upp den i den äldre kejsarkedjan och den yngre hawaiikedjan. Böjningen har daterats till 47 Ma (Fig. 1).
"Den yttersta orsaken till bildandet av Hawaiian-Emperor Bend (HEB) var en framträdande förändring i Stillahavsplattans rörelse vid 47 Ma", säger huvudförfattaren till den nya studien, Trond Torsvik från Universitetet i Oslo och gästforskare vid GFZ för tillfället. Teamet bekräftar en hypotes av den amerikanske geofysikern Jason Morgan som föreslog det redan i början av 1970-talet. "Men det är inte så enkelt som det föreslogs för fyrtio år sedan", säger Torsvik.
Jason Morgan var den första som använde hotspots som referensram för globala plattrörelser. I hans modell ansågs plymer – som manifesteras av hotspots på ytan – vara fixerade i manteln, och Hawaiian-Emperor Bend tillskrevs en enkel riktningsändring av Stillahavsplattans rörelse (Fig. 1). Men hans tallrikmodell med fasta hotspots blev utmanad från 1980-talet.
Simulering av Hawaiian-Emperor Bend förklarar att böjen bildades genom förändringar både av riktningen på de litosfäriska plattorna och en viss rörelse av hotspoten under plattorna. Kredit:T. Torsvik et al. (GFZ)
"Sedan slutet av 1990-talet har det blivit tydligt att hotspots inte är helt fixade", säger GFZ:s Bernhard Steinberger, en av medförfattarna till tidningen. Det är nu allmänt accepterat, han lägger till, och mantelflödesmodeller förutspår att Hawaiian hotspot har drivit långsamt söderut. "Men några nyare studier har hävdat att snabb rörelse söderut av hotspot före 47 Ma kan förklara bildandet av kröken utan att kräva förändring av Stillahavsplattans rörelse", han säger. "Ett sådant scenario har blivit attraktivt eftersom geologin för plattorna som omger Stilla havet inte visar några tydliga bevis för en förändring av Stillahavsplattans rörelse."
Den nya studien visar tydligt varför detta helt enkelt inte fungerar. Det skulle kräva en orealistiskt hög hastighet av hotspot-rörelse på cirka 42 cm/år, vilket skulle vara mycket snabbare än medelhastigheten för tektoniska plattor. Dessutom, detta skulle innebära att kejsarkedjan skapades på bara fem miljoner år och att Detroit Seamount bara skulle vara 52 miljoner år gammalt (Fig. 2a). Denna förutsägelse är uppenbarligen förfalskad av de registrerade Detroit Seamount-öåldrarna på cirka 80 Ma (Fig. 1).
"Alternativt en långsammare hotspot-rörelse mot WSW kan förklara både geometri och åldrar för kejsarkedjan", säger Steinberger. Dock, en sådan rörelseriktning är oförenlig med mantelkonvektionsmodeller.
"Vårt papper är ett bra exempel på hur mycket enkla simuleringar av platt- och hotspotkinematik kan användas för att utforska vilka geodynamiska scenarier för bildandet av Hawaiian-Emperor Bend som är möjliga, och vilka som inte är det", säger Pavel Doubrovine från universitetet i Oslo, en annan medförfattare på tidningen. "Vi kan inte undvika slutsatsen att 60-gradersböjningen huvudsakligen orsakas av en riktningsändring i Stillahavsplattans rörelse." Än, viss plymrörelse söderut krävs (blå linje i fig. 2b), annars skulle Hawaii-kejsarkedjan vara cirka 800 kilometer kortare.
"Förklara geometrin, längd och åldersutveckling av Hawaiian-Emperor Chain, kräver båda:förändringen av plattans rörelseriktning och hotspotens rörelse", uppger Torsvik. "Om, efter mer än två decennier av debatt om slutmedlemsscenarierna för plattrörelseförändringar kontra hotspot-drift, geofysiker kommer att kunna hålla med om att ingen av de två är tillfredsställande - då kan vi gå vidare och ta upp en mer intressant fråga:vad var det som faktiskt drev Stillahavsplattans rörelse att förändras för cirka 47 miljoner år sedan?" Förhoppningsvis, det kommer inte att ta ytterligare 40 år att få svar på detta, han lägger till.
