Curtin University-forskare föreslår att det finns ett "kyckling-och-ägg"-förhållande mellan jordens mantelplacerade superplumer och ytbelägna superkontinenter, lägga till sina resultat till ett forskarsamhälle som är splittrat i vad som händer djupt inne på planetens yta.

Publicerad i Naturkommunikation och Geologi , forskare från Curtins Earth Dynamics Group analyserade mängden nickel, krom och järn i över 40, 000 basaltstensprov tagna från jordens kontinenter och havsbotten, med det äldsta urvalet cirka tre miljarder år gammalt.

John Curtin Distinguished Professor och Australian Laureate Fellow Professor Zheng-Xiang Li, från Curtins School of Earth and Planetary Sciences, sade att resultaten från de två forskningsartiklarna skulle lägga mer vikt åt ena sidan av den pågående superplumedebatten som sker inom det vetenskapliga samfundet.

"Nästan tre, 000 km under jordens yta, precis ovanför gränsen mellan jordens flytande yttre kärna och solida mantelskikt, det finns två gigantiska, varm, täta stenhögar, var och en är hundratals kilometer hög och tusentals kilometer i diameter. Dessa berg är kända som Large Low Shear Velocity Provinces (LLSVPs), eller superplumes, "Sade professor Li.

"Forskare är osäkra på om superplumes har något att göra med aktivitet på jordens yta, och vetenskapssamfundet är splittrat i detta ämne. Vissa tror att superplumes har funnits där oförändrade i mer än två miljarder år, kanske sedan de allra första dagarna av jordens historia, medan andra menar att så inte är fallet.

"Vår forskning rapporterar nya bevis till stöd för det senare - att superplumes bildas och sönderfaller på ett cykliskt sätt, ungefär som de tektoniska plattorna gör på jordens yta. Och intressant nog, vår forskning visar att denna aktivitet är nästan exakt synkroniserad med en 500 till 700 miljoner år lång superkontinentcykel."

För att slutföra sin forskning, teamet tittade på tidsvariationen av den kemiska sammansättningen på cirka 40, 000 mantelhärledda stenar, utbrott från kontinenter och havsbotten under de senaste tre miljarderna åren.

"Vi visade att magnesium, nickel och krom i basaltbergarter från manteln kan användas som en typ av fingeravtrycksverktyg för att spåra mantelplymens aktivitet genom jordens historia, och vi kunde se en direkt korrelation mellan superplumeaktiviteten och superkontinentcykeln, " sa professor Li.

"Mantelplymer är onormalt heta stenar som mestadels stigit upp från LLSVP och intilliggande djup mantel till jordens yta.

"Våra upptäckter visar att superkontinentcykeln leder till plym- och superplymcykeln, men samtidigt, superplymerna orsakar upplösningen av superkontinenterna. Så det verkar som om tektoniska plattor och superplumes har ett litet förhållande mellan kyckling och ägg, men plattorna verkar ha en liten övertag i processen.

"Vi upptäckte också en konsekvent plötslig minskning av magnesium, krom och nickel i prover som var cirka tre miljarder år gamla, indikerar ett plötsligt fall i manteltemperaturen vid den tiden, som vi tolkar för att återspegla starten på global plattektonisk aktivitet. "

I Geologi papper, laget presenterar den första Oceanic Large Igneous Provinces -databasen, som innehåller data från sällan bevarade oceaniska mantelplymlavor i gamla bergskedjor.

Genom att använda denna unika databas, teamet kunde rekonstruera och jämföra rekord av mantelplymaktivitet i både kontinentala och oceaniska riket under de senaste miljarderna åren, som spänner över de två superkontinentcyklerna Pangea och Rodinia.

"Dessa statistiska analyser pekar på liknande cykliciteter mellan plymaktivitet bevarad på kontinenter och den i havsområdet, båda visar periodisk aktivitet på cirka 500 miljoner år som är jämförbar med superkontinentcykeln, "Sade professor Li.

"Våra två senaste artiklar leder vägen för att ta upp frågan om 'plattektonisk drivkraft' från nya håll, och nya rön under det kommande decenniet eller två kan göra det möjligt för forskare att mer definitivt svara på denna fråga."

Forskningsuppsatsen "Global geokemisk fingeravtryck av plymens intensitet tyder på koppling med superkontinentens cykel, " ledd av Curtin University Ph.D.-student Hamed Gamal El Dien, med finansiering från ett Australian Research Council-anslag, publicerades i Naturkommunikation .

Forskningspapper "Kopplade superkontinent-mantel plume händelser som bevisas av oceanic plume record, " ledd av Curtin University Research Fellow Dr. Luc Doucet, i samarbete med forskare från Kanada, Ryssland, Tyskland, Egypten och Kina, publicerades i Geologi .