I årtionden, Forskare har teoretiserat att rörelsen av jordens tektoniska plattor till stor del drivs av negativ flytkraft som skapas när de svalnar. Ny forskning, dock, visar plattdynamiken drivs avsevärt av den extra kraften av värme som dras från jordens kärna.

De nya fynden utmanar också teorin att bergskedjor under vattnet som kallas mid-ocean åsar är passiva gränser mellan rörliga plattor. Resultaten visar East Pacific Rise, jordens dominerande medelhavsrygg, är dynamisk när värme överförs.

David B. Rowley, professor i geofysiska vetenskaper vid University of Chicago, och andra forskare kom till slutsatserna genom att kombinera observationer av East Pacific Rise med insikter från modellering av mantelflödet där. Fynden publicerades den 23 december Vetenskapliga framsteg .

"Vi ser starkt stöd för betydande djupa mantelbidrag av värme-till-platta-dynamik på Stillahavshalvklotet, "sa Rowley, huvudförfattare till tidningen. "Värme från basen av manteln bidrar avsevärt till styrkan hos värmeflödet i manteln och till den resulterande platttektoniken."

Forskarna uppskattar att upp till cirka 50 procent av plattdynamiken drivs av värme från jordens kärna och så mycket som 20 terawatts värmeflöde mellan kärnan och manteln.

Till skillnad från de flesta andra åsar i mitten av havet, Östra Stilla havet som helhet har inte rört sig öst-väst på 50 till 80 miljoner år, även om delar av den har spridits asymmetriskt. Denna dynamik kan inte förklaras enbart av subduktionen - en process där en platta rör sig under en annan eller sjunker. Forskare i de nya rönen tillskriver fenomenen flytkraft skapad av värme som härrör från djupt inne i jordens inre.

"Öst -Stilla havet Rise är stabil eftersom flödet som härrör från den djupa manteln har fångat det, "Rowley sa." Denna stabilitet är direkt kopplad till och kontrollerad av manteluppväxt, " eller frigöring av värme från jordens kärna genom manteln till ytan.

Mid-Atlantic Ridge, särskilt i södra Atlanten, kan också ha direktkoppling med djup mantelflöde, han lade till.

"Konsekvenserna av denna forskning är mycket viktiga för alla forskare som arbetar med jordens dynamik, inklusive plattektonik, seismisk aktivitet och vulkanism, "sa Jean Braun från det tyska forskningscentret för geovetenskaper, som inte var inblandad i forskningen.

Krafterna i arbete

Konvektion, eller flödet av mantelmaterial som transporterar värme, driver platttektonik. Som föreställts i den aktuella forskningen, uppvärmning vid basen av manteln minskar materialets densitet, ger den flytkraft och får den att stiga genom manteln och kopplas ihop med de överliggande plattorna intill East Pacific Rise. Den djupa mantel-härledda flytkraften, tillsammans med plattkylning vid ytan, skapar negativ flytkraft som tillsammans förklarar observationerna längs East Pacific Rise och omgivande Pacific subduktionszoner.

En debatt om ursprunget till platttektonikens drivkrafter går tillbaka till början av 1970 -talet. Forskare har frågat:Kommer flytkraften som driver plattorna främst från plattkylning vid ytan? analogt med kylning och vältning av sjöar på vintern? Eller, finns det också en källa till positiv flytkraft som härrör från värme vid basen av manteln i samband med värme som extraheras från kärnan och, om så är fallet, hur mycket bidrar det till plattrörelser? Den senare teorin är analog med att laga havregryn:Värme i botten gör att havregrynen stiger, och värmeförlust längs den övre ytan kyler havregrynen, får den att sjunka.

Tills nu, de flesta bedömningarna har gynnat det första scenariot, med litet eller inget bidrag från flytkraft som härrör från värme vid basen. De nya resultaten tyder på att det andra scenariot krävs för att ta hänsyn till observationerna, och att det finns ett ungefär lika stort bidrag från båda flytkällorna som driver plattorna, åtminstone i Stillahavsområdet.

"Baserat på våra modeller av mantelkonvektion, manteln kan ta bort så mycket som hälften av jordens totala konvektiva värmebudget från kärnan, "Sa Rowley.

Mycket arbete har utförts under de senaste fyra decennierna för att representera mantelkonvektion genom datorsimulering. Nu måste modellerna revideras för att ta hänsyn till manteluppväxt, enligt forskarna.

"Konsekvensen av vårt arbete är att läroböcker kommer att behöva skrivas om, "Sa Rowley.

Forskningen kan ha bredare konsekvenser för att förstå jordens bildning, Sa Braun. "Det har viktiga konsekvenser för jordens termiska budget och den så kallade "sekulära kylningen" av kärnan. Om värme som kommer från kärnan är viktigare än vi trodde, detta innebär att den totala värmen som ursprungligen lagrades i kärnan är mycket större än vi trodde.

"Också, jordens magnetfält genereras av flöde i vätskekärnan, så resultaten av Rowley och medförfattare kommer sannolikt att få konsekvenser för vår förståelse av existensen, karaktär och amplitud för jordens magnetfält och dess utveckling genom geologisk tid, "Tillade Braun.