Seismologer använder vågor som genereras av jordbävningar för att skanna det inre av vår planet, ungefär som läkare bildar sina patienter med hjälp av medicinsk tomografi. Jordavbildning har hjälpt oss att spåra det djupa ursprunget till vulkaniska öar som Hawaii, och identifiera källzonerna för djupa jordbävningar.

"Föreställ dig en radiolog som tvingas arbeta med en CAT-skanner som saknar två tredjedelar av sina nödvändiga sensorer, sa Frederik Simons, professor i geovetenskap vid Princeton. "Två tredjedelar är den del av jorden som är täckt av hav och därför saknar seismiska registreringsstationer. Sådan är situationen för seismologer som försöker skärpa sina bilder av vår planets inre."

För cirka 15 år sedan, när han var postdoktor, Simons samarbetade med Guust Nolet, nu George J. Magee professor i geovetenskap och geologisk teknik, Emeritus, och de bestämde sig för att åtgärda denna situation genom att bygga en undervattensrobot utrustad med en hydrofon - en undervattensmikrofon som kan fånga upp ljuden från avlägsna jordbävningar vars vågor levererar akustisk energi till haven genom havsbotten.

Denna vecka, Nolet, Simons och ett internationellt team av forskare publicerade de första vetenskapliga resultaten från de revolutionära seismiska flottörerna, dubbade MERMAIDs—Mobil jordbävningsinspelning i marina områden av oberoende dykare.

Forskarna, från institutioner i USA, Frankrike, Ecuador och Kina, fann att vulkanerna på Galápagos matas av en källa 1, 200 miles (1, 900 km) djup, via en smal ledning som för upp het berg till ytan. Sådana "mantelplymer" föreslogs först 1971 av en av plattektonikens fäder, Princeton geofysiker W. Jason Morgan, men de har motstått försök till detaljerad seismisk avbildning eftersom de finns i haven, sällan nära några seismiska stationer.

SJÖJJÖMURNA driver passivt, normalt på ett djup av 1, 500 meter – ungefär en mil under havsytan – rör sig 2-3 mil per dag. När man upptäcker en möjlig inkommande jordbävning, den stiger till ytan, vanligtvis inom 95 minuter, för att bestämma dess position med GPS och överföra seismiska data.

Genom att låta sina nio robotar flyta fritt i två år, forskarna skapade ett konstgjort nätverk av oceaniska seismometrar som kunde fylla i ett av de tomma områdena på den globala geologiska kartan, där annars ingen seismisk information finns tillgänglig.

Den oväntat höga temperaturen som deras modell visar i Galápagos mantelplym "antyder den viktiga roll som plymer spelar i mekanismen som gör att jorden kan hålla sig varm, sa Nolet.

"Sedan 1800-talet, när Lord Kelvin förutspådde att jorden skulle svalna för att vara en död planet inom hundra miljoner år, geofysiker har kämpat med mysteriet att jorden har hållit en ganska konstant temperatur under mer än 4,5 miljarder år, " Nolet förklarade. "Det kunde ha gjort det bara om en del av den ursprungliga värmen från dess accretion, och som sedan dess skapats av radioaktiva mineraler, kunde förbli låst inuti den nedre manteln. Men de flesta modeller av jorden förutspår att manteln bör konvekeras kraftigt och släppa ut denna värme mycket snabbare. Dessa resultat från Galápagos-experimentet pekar på en alternativ förklaring:den nedre manteln kan mycket väl motstå konvektion, och istället bara bringa värme till ytan i form av mantelplymer som de som skapar Galápagos och Hawaii."

För att ytterligare svara på frågor om jordens värmebudget och den roll som mantelplymer spelar i den, Simons och Nolet har slagit sig ihop med seismologer från Southern University of Science and Technology (SUSTech) i Shenzhen, Kina, och från Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC). Tillsammans, och med fartyg som tillhandahålls av den franska forskningsflottan, de är i färd med att lansera ett 50-tal SJÖJJÖVRUGOR i södra Stilla havet för att studera mantelplymregionen under ön Tahiti.

"Håll utkik! Det kommer många fler upptäckter, " sa professor Yongshun (John) Chen, en alumn från Princeton 1989 som är chef för Institutionen för havsvetenskap och teknik vid SUSTech, som leder nästa fas av vad de och deras internationella team har kallat EarthScope-Oceans.