Genom att kartlägga värmen som strömmar ut under Grönlands inlandsis, en forskare från NASA har skärpt vår förståelse för dynamiken som dominerar och formar jordiska planeter.

Dr Yasmina M. Martos, en planetforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, bryta allmänt tillgängliga magnetfält, gravitation och annan geologisk information för ledtrådar om mängden och distributionen av värme under den del av den nordamerikanska kontinenten som är Grönland.

Hennes resulterande värmekarta exponerade ett termiskt spår under Grönland som registrerar rörelsen på en kontinent genom jordens historia.

Grönland tros sakta ha rört sig över en mantelplym, en källa till stor värme, som lämnade ett diagonalt ärr av värme, tätt berg under ytan när den tektoniska plattan skiftade. Grönland flyttade från en mer sydlig breddgrad mot Arktis under 100 miljoner år, en period när superkontinenten Pangea höll på att bryta upp i dagens drivande kontinenter. Så småningom, plymen tros ha bildat Island ovanför havets yta genom otaliga vulkanutbrott - ett synligt spår av plymens existens, i motsats till Grönlands dolda ärr.

"Jag tror inte att det finns någon annan plats på jorden där en plymhistoria har registrerats av en del av kontinenten som inte har påverkats av den vid ytan, " sa Martos. "Men det är där, så vi kan använda termisk värme för att förstå regionens historia."

Att spåra denna geodynamik hos planeter hjälper forskare att förstå deras utveckling. Men mer omedelbart, värmeinformationen matar havsnivåförändringsmodeller på jorden genom att hjälpa forskare att förutsäga beteendet hos is. Detta är särskilt viktigt för markytan som, när det gäller Grönland, ligger begravd under kilometervis av is och är därför svår att ta sig till. Mer än 80 procent av Grönland är täckt av is.

Där det är värme, det kan finnas en plym

I en 1 aug Geofysiska forskningsbrev papper, Martos och hennes team kartlade det geotermiska värmeflöde, eller hastigheten för värmeavgång, på Grönland. Deras modeller, förvånande, visade regionala variationer, plus en väg av värme längs en säregen väg från nordväst till sydöst om ön.

"Vi förväntar oss att Grönland får en mer enhetlig signal om geotermiskt värmeflöde i dess inre, men så är inte fallet, sa Martos, huvudförfattaren på tidningen.

Andra författare inkluderar Tom A. Jordan och David G. Vaughan från British Antarctic Survey; Manuel Catalán från Royal Institute and Observatory of the Spanish Navy; Thomas M. Jordan från Stanford University och University of Bristol, och Jonathan L. Bamber, också från University of Bristol.

Teamet föreslår att ärret skapades som den tektoniska plattan, som inkluderar Grönland, rört sig genom årtusendena över en mantelplym som är aktiv under litosfären. Litosfären är jordens yttre lager; det inkluderar skorpan och den övre delen av manteln. Denna plym är en kanal av het sten som börjar hundratals kilometer under ytan. Den stiger genom manteln och når botten av litosfären. Värmen transporteras sedan upp genom litosfären och ändrar dess kemiska sammansättning, som gör skorpan tjockare.

Eftersom den nordvästra delen av Grönland flyttade från plymen tidigare verkar det i Martos modeller vara betydligt svalare än sydost. Även om den södra regionen långsamt kyls av.

"Det fina är att värmen registreras där nu, men förmodligen om hundra miljoner år kommer vi inte att se det längre, sa Martos.

En liknande plym bildade Hawaiiöarna och för närvarande underblåser vulkanutbrotten K?lauea. Den hawaiianska kedjan av öar och havsberg som skapades när Stillahavsplattan rörde sig över plymen mitt i Stilla havet är en synlig representation av den typ av ärr som Martos hittade under Grönland.

Värmen under jordens yta

Plymer är ett av flera geotermiska värmetransporterande fenomen på jorden; deras antal är osäkert, men forskare tror att det kan vara så många som 20. Annars, den inre planeten värms jämnt upp genom att sönderfalla radioaktiva grundämnen i jordens översta lager. Det finns också urvärme kvar från bildningen av vår planet för 4,5 miljarder år sedan, och från meteoriterna som slog den. Teamet övervägde dessa värmekällor, Martos sa, men uteslöt deras roll i att producera ärret eftersom de skulle ha bildat ett enhetligt värmemönster över Grönland.

En annan faktor som kan öka värmen på en specifik plats är tektonisk aktivitet. Denna aktivitet inkluderar sprickning - eller sönderdelning av kontinentalplattor, vilket skapar utrymme för varmare mantel att bubbla upp till ytan — och vulkanutbrott. Men dessa fenomen stämde inte heller med lagets resultat, sa Martos, med tanke på att Grönland är en kraton, eller en gammal kontinent utan några större tektoniska händelser som finns där.

Mätning av värme utan att röra ytan

Eftersom Grönland är täckt av ett inlandsis som är upp till 1,8 miles (3 kilometer) tjockt i mitten, att få fysiska prover från marken under isen är nästan lika svårt som att få dem från månen. Fjärravkänd data erbjuder praktiskt taget det enda fönstret till Grönlands dynamik under ytan.

Martos team bestämde sig för att titta på magnetfältinformation som samlats in av magnetometrar, instrument som flygs av flygplan som mäter styrkan hos jordens magnetfält. Data avslöjade anomalier i magnetismen hos stenar under Grönland.

Magnetism är relaterat till temperatur, så förlorar stenar som värms upp till vissa temperaturer sin magnetism. Detta händer vanligtvis djupt inne på jorden. Eftersom magnetit är det mest förekommande magnetiska mineralet i den nedre delen av skorpan, forskarna studerade uteslutande det mineralet. Magnetit förlorar sina ferromagnetiska egenskaper, eller magnetism, när den värms upp till 1, 076 grader Fahrenheit (580 grader Celsius), en punkt som kallas Curie-temperaturen. Redovisning av denna temperaturs effekt på magnetit gjorde det möjligt för teamet att hitta basen för magnetism i jordskorpan på Grönland. Därifrån, de observerade djupvariationerna av läget för Curie-temperaturen för magnetit för att kartlägga värmen som frigjordes över hela ön.

Längs plymens väg, teamet fann att Curie-temperaturen inträffade närmare ytan. Detta gav bevis på att plymen hade värmt upp botten av litosfären, och att värmen fortfarande var där.

Teamet använde också gravitationsdata för att modellera egenskaperna hos litosfären och bekräfta plymens effekt på jordskorpans tjocklek.

I den centrala delen av ön, teamet uppskattade geotermiska värmeflödesvärden runt 60 till 70 milliwatt per kvadratmeter, eller upp till 50 procent högre än de värmeavgående delarna av ön som inte påverkas av plymen. Detta är en liten mängd; en 100-watts glödlampa, i jämförelse, genererar tre storleksordningar – eller 1, 000 gånger - mer värme.

Fortfarande, sa Martos och hennes medförfattare, värmen de hittade kan smälta is vid foten av Grönlands inlandsis. Det gör det inte, dock, bidra till den accelererade avsmältningen av Grönlands glaciärer. Eftersom den geotermiska värmen minskar under så enorma tidsperioder - tiotals miljoner år - har det troligen inte skett någon förändring i värmeflödet sedan isen helt bildades på Grönland för cirka 3 miljoner år sedan.

Martos modelleringsverktyg kommer att hjälpa forskare att bättre förstå effekten av värme under ytan på saker som smälta eller brott vid basen av inlandsisar och glaciärer på jorden. Det kommer också att hjälpa dem att studera avlägsna platser på jorden och andra steniga kroppar i vårt solsystem.

Martos började denna forskning medan hon var Marie Curie-stipendiat i Europeiska unionen vid British Antarctic Survey.