Jordens senaste istid kan ha orsakats av förändringar djupt inne på planeten. Baserat på bevis från Stilla havet, inklusive positionen på Hawaiiöarna, Rice -universitetets geofysiker har bestämt att jorden har förskjutits i förhållande till dess snurraxel under de senaste 12 miljoner åren, vilket fick Grönland att röra sig tillräckligt långt mot nordpolen för att starta istiden som började för cirka 3,2 miljoner år sedan.

Deras studie i tidskriften Geofysiska forskningsbrev bygger på en analys av fossila signaturer från djuphavssediment, den magnetiska signaturen av oceanisk skorpa och positionen för manteln "hot spot" som skapade Hawaiiöarna. Medförfattarna Richard Gordon och Daniel Woodworth sa att bevisen tyder på att jorden snurrade stadigt i miljontals år innan den förskjuts i förhållande till sin spinnaxel, en effekt som geofysiker kallar "verklig polarvandring".

"Hawaianska hotspot fixades, i förhållande till spinnaxeln, från cirka 48 miljoner år sedan till cirka 12 miljoner år sedan, men den var fixerad på en latitud längre norrut än vi hittar den idag, sa Woodworth, en doktorand vid Rice's Department of Earth, Miljö- och planetvetenskap. "Genom att jämföra Hawaiian hot spot med resten av jorden, vi kan se att den förändringen i läge reflekterades i resten av jorden och är överlagrad på rörelsen hos tektoniska plattor. Det säger oss att hela jorden rörde sig, i förhållande till spinnaxeln, som vi tolkar som äkta polarvandring."

I volym, Jorden är mestadels mantel, ett tjockt lager av fast sten som flyter under intensivt tryck och värme. Manteln är täckt av ett sammankopplat pussel av steniga tektoniska plattor som åker ovanpå den, stöta och glida mot varandra vid seismiskt aktiva gränser. Hotspots, som den under Hawaii, är plymer av heta fasta stenar som stiger upp från djupet inuti manteln.

Gordon, W.M. Keck professor i jorden, Miljö- och planetvetenskap, sa att de nya rönen bygger på två studier från 2017:en från hans labb som visade hur man använder hot spots som en global referensram för att spåra rörelsen av tektoniska plattor och en annan från Harvard University som först band sann polarvandring till början av istid.

"Vi tar dessa hot spots som markerade spårare av plymer som kommer från den djupa manteln, och vi använder det som vår referensram, "sa han." Vi tror att hela det globala nätverket av hotspots var fixat, i förhållande till jordens spinnaxel, i minst 36 miljoner år före detta skifte."

Som alla snurrande föremål, Jorden är utsatt för centrifugalkraft, som drar i planetens flytande inre. Vid ekvatorn, där denna kraft är starkast, Jorden är mer än 26 miles större i diameter än vid polerna. Gordon sa att äkta polarvandring kan inträffa när den är tät, mycket trögflytande mantelklumpar byggs upp på breddgrader bort från ekvatorn.

"Föreställ dig att du verkligen har riktigt kall sirap, och du lägger den på varma pannkakor, " sa Gordon. "När du häller upp det, du har tillfälligt en liten hög i mitten, där den inte omedelbart plattar ut på grund av den kalla sirapens viskositet. Vi tror att de täta anomalierna i manteln är som den där lilla tillfälliga högen, endast viskositeterna är mycket högre i den nedre manteln. Som sirapen, det kommer så småningom att deformeras, men det krävs verkligen, riktigt lång tid att göra det."

Om mantelavvikelserna är tillräckligt stora, de kan obalansera planeten, och ekvatorn kommer gradvis att förskjutas för att föra överskottsmassan närmare ekvatorn. Planeten snurrar fortfarande en gång var 24:e timme och sann polarvandring påverkar inte lutningen på jordens snurraxel i förhållande till solen. Omfördelningen av massa till en ny ekvator förändrar jordens poler, punkterna på planetens yta där spinnaxeln kommer fram.

Woodworth sa att hot spotdata från Hawaii ger några av de bästa bevisen för att äkta polarvandring var det som fick jordens poler att börja röra sig för 12 miljoner år sedan. Ökedjor som Hawaiianerna bildas när en tektonisk platta rör sig över en hot spot.

"Sann polarvandring bör inte ändra hot spot -spår eftersom hot spot -spåret är registreringen av plattans rörelse i förhållande till hot spot, " sa Woodworth.

Gordon sa, "Det handlade bara om ett skift på tre grader, men det hade effekten att ta manteln under det tropiska Stilla havet och flytta den söderut, och på samma gång, det höll på att flytta Grönland och delar av Europa och Nordamerika mot norr. Det kan ha utlöst det vi kallar istiden."

Jorden befinner sig fortfarande i en istid som började för cirka 3,2 miljoner år sedan. Jordens poler har varit täckta med is genom hela tiden, och tjocka inlandsisar växer och drar sig tillbaka från polerna i cykler som har inträffat mer än 100 gånger. Under dessa glaciala cykler, isen har sträckt sig så långt söderut som New York och Yellowstone National Park. Jorden befinner sig idag i en interglacial period då isen har dragit sig tillbaka mot polerna.

Gordon sa att sann polarvandring inte bara är en förändring av platsen för jordens magnetiska poler. När planeten snurrar, dess järnkärna producerar ett magnetfält med "nord" och "söder" poler nära spinnaxeln. Polariteten på detta fält vänder flera gånger varje miljon år, och dessa förändringar i polaritet registreras i de magnetiska signaturerna hos stenar världen över. Det paleomagnetiska rekordet, som ofta används för att studera rörelsen av tektoniska plattor över jordens yta, innehåller många exempel på "skenbar polarvandring, " som spårar spinnaxelns rörelse och som inkluderar effekterna av både plattrörelse och sann polarvandring, Sa Gordon.

Han sa att jordens mantel förändras ständigt eftersom nytt material ständigt cyklar in och ut från tektoniska plattor. Neddragningen och återvinningen av plattor via subduktion ger en möjlig förklaring till de högviskösa mantelavvikelserna som förmodligen orsakar sann polarvandring.

"På lektionen, Jag visar ofta detta med blyfiskevikter och tång, " sa Gordon. "Det är lätt att deformera blyet med tången, och det är inte skört. Den spricker inte eller flyger isär när den misslyckas. Det är en ganska bra analogi för mantelflöde eftersom det är så silikatberg deformeras under intensiv värme och tryck."

Han och Woodworth arbetar med kollegor för att utöka sin analys, både från 12 miljoner år sedan till nutid såväl som längre in i det förflutna än startdatumet på 48 miljoner år i den nyligen publicerade studien.