Vulkaniska hot spots som de som skapade Hawaiiöarna har länge ansetts vara stationära punkter, skapas av processer djupt inne i jordens inre.

Med hjälp av nya paleomagnetiska data och analyser, forskarna John Tarduno, en professor i jord- och miljövetenskap vid University of Rochester; Richard Bono, en tidigare postdoktoral forskarassistent i Tardunos labb och nu postdoktor vid University of Liverpool; och Hans-Peter Bunge, en geofysiker vid Münchens universitet, tillhandahålla avgörande bevis för att hot spots inte är fixerade utan rör sig. Forskningen, publicerad i Nature Communications, löser en stor debatt om ursprunget till den storskaliga strukturen på jordens yta och djupa inre.

Vad är hot spots?

Jordens litosfär är det yttersta skalet på vår planet, består av sju stora pusselbitar som kallas tektoniska plattor. Medan idag var och en av de tektoniska plattorna omfattar ungefär en av de sju kontinenterna och Stilla havet, forskare tror att delarna en gång passade ihop för att bilda superkontinenter. Jordens sista superkontinent, Pangea, började bryta isär för cirka 175 miljoner år sedan. Mycket av jordens seismiska aktivitet, inklusive jordbävningar och vulkaner, förekommer vid gränserna för de tektoniska plattorna.

Men det finns andra regioner på jorden som kännetecknas av vulkanisk aktivitet, oberoende av plattans gränser. Forskare kallar dessa områden som hot spots. Heta fläckar tros utvecklas ovanför onormalt heta uppströmningar av magma i jordens mantel som kallas mantelplymer. Även om forskare inte kan resa till manteln för att observera dessa processer, de kan härleda hot spots på grund av vulkanismen som utvecklas när magman tränger igenom litosfären. De mest aktiva hot spots inkluderar de under Yellowstone, Galapagosöarna, Island, och Hawaii.

Fasta kontra rörliga hot spots

Teorin om plattektonik var allmänt accepterad på 1960-talet, men, säger Tarduno, "att dechiffrera den tidigare rörelsen av jordens tektoniska plattor och koppla dessa rörelser till djupare processer inom jorden är en pågående utmaning inom geovetenskapen."

I decennier efter plattektonikrevolutionen, forskare trodde att hot spots var fixade, tillhandahålla en referensram för att mäta rörelsen hos jordens plattor.

En ikonisk illustration av denna idé var 60-gradersböjen i kedjan av öar som utgör Hawaii. Forskare trodde att Hawaiiöarna skapades via en löpande linjeliknande process:en ö skulle bildas över en hot spot, plattans rörelse skulle flytta ön från den heta platsen, och hot spot skulle förbli på plats och generera en ny ö.

År 2001, Tarduno och hans kollegor samlade in prover av stenar och sediment via vetenskaplig havsborrning i Hawaiis Emperor Seamounts - under havet, slocknade vulkaner i Stilla havet. Genom att studera magnetismen låst i de gamla proverna – ett fält som kallas paleomagnetism – fastställde forskarna att den heta platsen under Hawaii inte var fixerad utan hade flyttats. Detta målade en bild som var mer överensstämmande med en aktivt konvektion och ständigt kärnande mantel.

Trots dessa bevis, dock, Kontroverserna om hotspoternas fixitet fortsatte.

Stora områden av hot spots

Debatten ökade när forskare insåg att många hot spots var rotade i en av två stora regioner ovanför gränsen mellan kärnan och manteln:en region under Afrika och den andra under Stilla havet. Forskning av seismologer visade att dessa var regioner, kända som stora provinser med låg skjuvhastighet (LLSVP), där seismiska vågor färdas långsamt. Den långsamma hastigheten innebar att regionerna var ovanligt varma eller kemiskt annorlunda än omgivande sten.

Vissa forskare tror att LLSVP är reliker av plattsubduktion, där en platta rör sig nedåt in i manteln under en annan plats, vilket tyder på att LLSVP:er ständigt rör sig. Andra forskare tror att LLSVP:er är stationära och bildade från en ursprunglig formation, dateras till de tidigaste processerna som formade planeten.

De nya analyserna utförda av Tarduno och hans team, inklusive modellering, geokemi, och paleomagnetism, föreslår att LLSVP:er är i rörelse, reliker av subduktion som har ägt rum sedan Pangeas upplösning.

"LLSVP är helt klart gamla, mer än 100 miljoner år gammal, men vissa forskare har hävdat att de också är fixerade och därför kan användas som en referensram för plattrörelser, " Tarduno säger. "De nya analyserna tyder på att LLSVPs kan attrahera mantelplymer tills LLSVPs och mantelplymer smälter samman."

Forskarna upptäckte också att LLSVPs kan genomgå storskaliga rörelser jämförbara i hastighet med rörelsen hos de tektoniska plattorna. Detta ger ännu fler bevis för att det var rörelsen av hot spots – och inte deras fixering – som orsakade krökningen på Hawaiiöarna.