Forskare från University of Liverpool är en del av ett ambitiöst forskningsprojekt för att kartlägga förhållanden under jordens yta i oöverträffad detalj.

Genom att kombinera toppmodern teknik med den senaste högpresterande datoranvändningen, universitetet är en del av ett team av nio universitet, leds av Cardiff University, som syftar till att skapa de allra första 4D-kartorna över jordens mantel – ett enormt lager av långsamt rörlig sten som sitter under vår yta.

Denna cirkulation av rock har bokstavligen format världen vi lever i idag, från våra öar och kontinenter till våra bergskedjor och havsbottenryggar, och har därför ritningen för hur vår planet har utvecklats.

Teamet strävar efter att skapa datoriserade kartor över flödet av jordens mantel under de senaste 1 miljard åren, representerar temperaturen, densitet, och mantelns hastighet under den tidsperioden, ger en komplett 4D-modell.

Professor i paleomagnetism, Andy Biggin, som leder universitetets Geomagnetism Laboratory and the Determining Earth Evolution from Palaeomagnetism (DEEP) forskargrupp, leder Liverpools engagemang i projektet. Han sa:"Det är oerhört spännande att vi kommer att bidra till detta ambitiösa och mycket multidisciplinära projekt som syftar till att producera världens mest realistiska dynamiska modeller av cirkulation inom jordens mantel.

"Varje självkonsekvent rörelsemodell i jordens tjocka steniga lager skulle vara ofullständig om den inte också rimligtvis redogjorde för observerade förändringar i planetens magnetfält som genereras i den underliggande kärnan. Rollen för Liverpools DEEP-team kommer att vara att generera tillstånd- toppmoderna paleomagnetiska register och modeller för att tillhandahålla denna kritiska begränsning."

Huvudforskare i projektet, Professor Huw Davies från Cardiff University, sa:"Precis som att upptäcka DNA öppnade upp vår förståelse av biologi, kartläggning av mantelflödet kommer att öppna upp vår förståelse för hur jorden har formats genom sin historia."

Teorin om plattektonik, uppdelningen av jordens yttre skal i flera glidplattor, har revolutionerat vetenskaperna och gjort det möjligt för oss att verkligen förstå rörelsen på jordens yta.

Än, plattektonisk teori berättar inte om de processer djupare i jorden som driver plattans rörelser, Det förklarar inte heller några av de mest dramatiska händelserna i jordens historia, som att tallrikar går sönder, utflödet av enorma volymer av lava och massutdöende händelser.

Jordens mantel fungerar som ett gigantiskt VVS-system där värme överförs upp från den heta kärnan till ytan och sedan tillbaka igen, i en stor cykel. Denna överföring av värme via upp- och nedflöde, känd som upwelling och downwelling, underlättas av stenarna i manteln som rör sig i extremt låga hastigheter - ungefär samma hastighet som en fingernagel växer.

Processen med uppväxt, värmerörelsen upp från kärnan, förblir mycket av ett mysterium för forskare, särskilt hur det korrelerar med rörelsen av tektoniska plattor, och kommer att vara huvudfokus för detta forskningsprojekt.

Uppströmning är också av stort intresse för forskare eftersom det finns regioner eller "hotspots" på jordens yta där det historiskt har resulterat i utgjutningar av enorma mängder lava, aska och gaser i atmosfären som har haft förödande effekter på livet på jorden.

Dessa områden, kända som stora magmatiska provinser (LIPs), ses nu som avlagringar av magmatiska bergarter som kan täcka tusentals kvadratkilometer och är hundratals meter tjocka.

Till exempel, Deccan-fällorna, en LIP som täckte en stor del av Indien, var delvis ansvarig, tillsammans med ett stort meteoritnedslag i Mexiko, för dinosauriernas undergång, medan en annan LIP, de sibiriska fällorna, var ansvarig för den största utrotningshändelsen någonsin av liv på jorden.

Som en del av studien, teamet kommer för första gången att ha tillgång till ett register över plattrörelser från de senaste 1 miljard åren av jordens historia. Dessa data kommer att kombineras med seismisk avbildning från jordbävningar som har inträffat i det förflutna och som för närvarande inträffar, som kommer att ge information om hastigheten med vilken seismiska vågor rör sig genom manteln och därför fungerar ungefär som en medicinsk skanning och ger en "bild" av det inre.

Professor Davies tillade:"Genom att kombinera all denna information, vi kommer att få en mycket tydligare förståelse för hur vår planet fungerar. De 4D-visualiseringar som projektet kommer att producera kommer att vara av stort intresse för en mängd olika forskningsområden och industrier, från utforskning av mineraltillgångar till att förstå hur storskaliga händelser i det förflutna format vårt klimat och därför underbygger mer robusta förutsägelser om framtida klimatförändringar."

Detta projekt fortsätter ett nära samarbete mellan Liverpool och University of Leeds som arbetar för att förklara tidigare variationer i det långsiktiga beteendet hos jordens magnetfält, vilket har stötts av The Leverhulme Trust och NERC.

Professor Biggin kommer att hantera ett av de tre arbetspaketen i projektet – Evolution of mantle flow – som kombinerar dynamisk topografi, geokemi, petrologi och geomagnetism för att ge tidsberoende begränsningar för de genererade modellerna.