Hawaii sitter i slutet av en kedja av vulkaner som löper över Stilla havet, men mitt i denna kedja ligger en böjning på 60 grader. I många decennier har geovetenskapare kämpat för att förklara exakt hur och varför denna funktion inträffade för cirka 50 miljoner år sedan. En ny studie i Vetenskapliga framsteg ledd av postdoktor Mathew Domeier tillsammans med kollegor från Center for Earth Evolution and Dynamics (CEED), Universitetet i Oslo, belyser denna mångåriga geologiska kontrovers-En massiv kollision i utkanten av Stilla havet var boven.

Mantelplommon och vulkaniska kedjor

Det finns mer än vad som syns med Hawaii -Stilla havet. Öarna sitter för närvarande ovanför en så kallad mantelflyg, eller en kanal av onormalt het sten som växer upp från tusentals kilometer djupt i jordens inre. Denna heta funktion förklarar varför öarna är prickade med aktiva vulkaner. Men Hawaiiöarna ligger också på den tektoniska plattan i Stilla havet, som rör sig över toppen av mantelflyggen - i en blåsande takt på några cm/år - vilket innebär att öarna om några miljoner år har flyttat från den heta kanalen och vulkanismen på Hawaiiöarna kommer att upphöra.

När Hawaiis aktiva vulkaner dör i framtiden, nya vulkaniska öar kommer att dyka upp någon annanstans på Stillahavsplattan, specifikt på platser som ersätter Hawaiiöarna ovanför den heta kanalen. Denna process är ungefär som vad som skulle hända om du flyttade ett pappersark över ett stillastående ljus:pappersrörelsen registreras som ett spår av brännmärken från värmen på ljuset under. Hawaii är för närvarande över "ljuset, "men i framtiden kommer det att ha flyttat ifrån det och ljuset kommer att börja sjunga en ny plats på tidningen.

Denna process har hänt om och om igen i jordens långa historia, och Hawaii är bara det senaste vulkaniska kapitlet i en berättelse som sträcker sig bakåt minst 80 miljoner år. Hawaiiöarna ligger i slutet av en kedja av nu utdöda vulkaner och sjöbergen (nedsänkta vulkaner) som sträcker sig ~ 6, 000 km nordväst över golvet på Pacific Plate, till korsningen mellan de västra Aleutiska öarna och halvön Kamchatka. Återgå till vårt papper och ljus analogi - denna kedja är densamma som vägen för singade märken som leder bakåt från den nuvarande platsen för ljuset under papperet. I Stilla havet, vulkanerna och sjöbergen som utgör denna kedja blir gradvis äldre i nordväst, som skulle förväntas om kedjan markerade den långsamma och progressiva driften av Stillahavsplattan ovanför en mantelflyg.

Men något märkligt fångar ögonen på den här nedsänkta vulkaniska kedjan i Stilla havet:den är inte rak. En mycket iögonfallande knäck delar kedjan i två segment:ett mestadels västtrenderande segment ("hawaiianska kedjan") och ett mestadels nordtrenderande segment ("kejsarkedjan"); knäcken mellan kallas sålunda vanligen som "Hawaiian-Emperor Bend". Vulkaniska stenar som tagits ur sömmarna på vardera sidan av böjningen har daterats, och indikerar att böjningen utvecklades för cirka 47 miljoner år sedan.

Så vad orsakade det? Just denna fråga har varit källan till debatt och kontrovers bland forskare i ett halvt sekel. Den klassiska förklaringen är att böjningen markerade en snabb och väsentlig förändring av Stilla havsplattans rörelseriktning för cirka 50 miljoner år sedan, men anhängare av denna tolkning har kämpat för att förklara varför den plötsliga förändringen inträffade.

1. Forskargruppen från universitetet i Oslo samlade noggrant ihop olika bevis som tyder på att Stillahavsplattan ändrade kurs för cirka 50 miljoner år sedan eftersom en skärgård som tidigare bildade den norra änden av Stillahavsplattan kraschade in i östra Asien vid den tiden.
2. Skärgården omfattade det som kallas en öbåge:en långsträckt kedja av vulkaner och vulkaniska stenar bildade ovanför en subduktionszon (en zon där havsbotten på en oceanisk tektonisk platta skjuts under en annan tektonisk platta och sjunker ner i manteln nedan). Teamet kunde räkna ut den eldiga historien om öbågen och dess relation till Hawaiian-Emperor Bend från tre viktiga datakällor:
3. Exotiska stenar:bitarna på den öbågen, som nu finns på halvön Kamchatka och på de japanska öarna, är geologiskt exotiska, vilket betyder att de inte har samma egenskaper hos andra bergarter från samma region och tydligt transporterades från någon annanstans - och de avslöjar specifikt att de bildades långt ifrån några stora kontinenter (som Asien).
4. Magnetiska stenar:Magnetisk information som finns bevarad i öns bågstenar (hämtad från jordens magnetfält när klipporna ursprungligen bildades) kan användas för att bestämma vid vilken latitud de kom - och magnetisk information från öns bågberg avslöjar att de kom från längre söderut än där de ligger idag (detta bekräftar också deras exotiska natur).
5. Djupa stenar:öbågar utvecklas endast längs en subduktionszon, så bildandet av öbågen borde ha åtföljts av subduktion, och subduktion, i tur och ordning, är associerad med att oceaniska tektoniska plattor sjunker in i jordens inre. Relikerna från subdukterade oceaniska plattor kan "avbildas" av seismiska vågor som genereras av jordbävningar, på ungefär samma sätt som dina ben kan avbildas med röntgen under en CT-skanning. Med sådana seismiska avbildningstekniker har vi identifierat relikerna från ett subduktionssystem som tidigare var beläget vid norra änden av Stillahavsplattan, på samma plats som öns bågstenar var belägna enligt deras magnetiska data.

En krasch orsakade böjen

Tillsammans, den geologiska, magnetiska och seismiska ledtrådar från norra Stilla havet tyder på att subduktion och öbågsbyggande började för 80 miljoner år sedan i den norra änden av Stillahavsplattan. Omedelbart efter att subduktionen startade, subduktionszonen började röra sig norrut, drar öbågen och Stillahavsplattan norrut med den. Denna migrering norrut fortsatte från 80 till 50 miljoner år, vid vilken tid kejsarkedjan bildades av Stilla havets norra drift över mantelflyggen.

För ungefär 50 miljoner år sedan, den nordliga migrationen av subduktion ledde till en kolossal kollision mellan öbågen i norra änden av Stillahavsplattan och den nordöstra kanten av Asien. Denna massiva krasch lämnade stora delar av den tidigare öbågen strandade i nordöstra Japan och på halvön Kamchatka, och avslutade subduktion där.

Kraschen och subduktionens upphörande stoppade effektivt den norra delen av Stillahavsplattan, och det var denna händelse som var ansvarig för att plötsligt omdirigera Stilla havsplattans riktning för 50 miljoner år sedan. Så i slutändan, det var en fender-bender i kontinental skala som gav Stilla havet dess spektakulära böjning, enligt den nya studien publicerad i Vetenskapliga framsteg .