Bermuda har ett unikt vulkaniskt förflutet. För cirka 30 miljoner år sedan, en störning i mantelns övergångszon tillförde magman att bilda den nu vilande vulkaniska grunden som ön ligger på. Kredit:Wendy Kenigsberg/Clive Howard – Cornell University, modifierad från Mazza et al. (2019)
Långt under Bermudas rosa sandstränder och turkosa tidvatten, geoforskare har upptäckt de första direkta bevisen för att material från djupt inuti jordens mantelövergångszon - ett lager rikt på vatten, kristaller och smält sten – kan tränga ner till ytan och bilda vulkaner.
Forskare har länge vetat att vulkaner bildas när tektoniska plattor (som reser på toppen av jordens mantel) konvergerar, eller som ett resultat av mantelplymer som stiger från gränsen mellan kärnan och manteln för att skapa hotspots vid jordskorpan. Men att få bevis på att material som kommer från mantelns övergångszon - mellan 250 och 400 miles (440-660 km) under vår planets skorpa - kan orsaka vulkaner att bildas är nytt för geologer.
"Vi hittade ett nytt sätt att göra vulkaner. Det här är första gången vi hittade en tydlig indikation från övergångszonen djupt i jordens mantel att vulkaner kan bildas på detta sätt, " sa seniorförfattaren Esteban Gazel, docent vid institutionen för jord- och atmosfärsvetenskap vid Cornell University. Forskningen publicerad i Natur .
"Vi förväntade oss att våra data skulle visa att vulkanen var en mantelplymformation - en uppströmning från den djupare manteln - precis som det är på Hawaii, " sa Gazel. Men för 30 miljoner år sedan, en störning i övergångszonen gjorde att en uppströmning av magmamaterial steg upp till ytan, bildar en nu vilande vulkan under Atlanten och bildar sedan Bermuda.
Med hjälp av en 2, 600 fot (över 700 meter) kärnprov-borrade 1972, inrymt vid Dalhousie University, Nova Scotia—medförfattare Sarah Mazza från University of Münster, i Tyskland, bedömde tvärsnittet för isotoper, spårelement, bevis på vatteninnehåll och annat flyktigt material. Bedömningen gav en geologisk, Bermudas vulkaniska historia.
"Jag misstänkte först att Bermudas vulkaniska förflutna var speciellt när jag provade kärnan och lade märke till de olika texturerna och mineralogin som bevarats i de olika lavaflödena, ", sa Mazza. "Vi bekräftade snabbt extrema anrikningar i spårämneskompositioner. Det var spännande att gå igenom våra första resultat ... mysterierna med Bermuda började vecklas ut."
I en korspolariserad mikroskopisk skiva av ett kärnprov, den blå och gula kristallen är titan-augit, omgiven av en markmassa av mineraler, som inkluderar fältspat, flogopit, spinell, perovskit och apatit. Denna samling tyder på att mantelkällan - rik på vatten - producerade denna lava. Kredit:Gazel Lab/Provided
Från kärnproverna, gruppen upptäckte geokemiska signaturer från övergångszonen, som innehöll större mängder vatten inneslutet i kristallerna än vad som fanns i subduktionszoner. Vatten i subduktionszoner återvinns tillbaka till jordens yta. Det finns tillräckligt med vatten i övergångszonen för att bilda minst tre hav, enligt Gazel, men det är vattnet som hjälper stenen att smälta i övergångszonen.
Geoforskarna utvecklade numeriska modeller med Robert Moucha, docent i geovetenskaper vid Syracuse University, att upptäcka en störning i övergångszonen som sannolikt tvingade material från detta djupa mantelskikt att smälta och tränga ner till ytan, sa Gazel.
Trots mer än 50 år av isotopmätningar i oceaniska lavor, de säregna och extrema isotoper som uppmätts i Bermudas lavakärna hade inte observerats tidigare. Än, dessa extrema isotopsammansättningar gjorde det möjligt för forskarna att identifiera den unika källan till lavan.
"Om vi börjar titta mer noggrant, Jag tror att vi kommer att hitta dessa geokemiska signaturer på fler ställen, " sa medförfattaren Michael Bizimis, docent vid University of South Carolina.
Gazel förklarade att denna forskning ger en ny koppling mellan övergångszonskiktet och vulkaner på jordens yta. "Med detta arbete kan vi visa att jordens övergångszon är en extrem kemisk reservoar, ", sa Gazel. "Vi har just nu börjat inse dess betydelse när det gäller global geodynamik och till och med vulkanism."
Sa Gazel:"Vårt nästa steg är att undersöka fler platser för att bestämma skillnaden mellan geologiska processer som kan resultera i intraplate-vulkaner och bestämma rollen för mantelns övergångszon i utvecklingen av vår planet."
