Kredit:Ewing. Författare tillhandahålls
Tillbaka på 1970-talet, forskare kom på en revolutionerande idé om hur jordens djupa inre fungerar. De föreslog att det sakta vrider sig som en lavalampa, med flytande klumpar som stiger upp som plymer av het mantelsten från nära jordens kärna, där stenar är så varma att de rör sig som en vätska.
Enligt teorin, när dessa plymer närmar sig ytan börjar de smälta, utlöser massiva vulkanutbrott. Men bevis för existensen av sådana plymer visade sig svårfångade och geologer hade nästan förkastat idén.
Men i en tidning som publicerades idag, vi kan nu tillhandahålla dessa bevis. Våra resultat visar att Nya Zeeland ligger ovanpå resterna av en sådan uråldrig gigantisk vulkanisk plym. Vi visar hur denna process orsakar vulkanisk aktivitet och spelar en nyckelroll i hur planeten fungerar.
Ovanliga vibrationer
För cirka 120 miljoner år sedan – under dinosauriernas tid under kritaperioden – skapade stora vulkanutbrott under havet en undervattensplatå ungefär lika stor som Indien. Över tid, den bröts upp av de tektoniska plattornas rörelser. Ett fragment ligger nu under Nya Zeeland och bildar Hikurangi-platån.
Vi mätte hastigheten på seismiska tryckvågor – effektivt ljudvågor – och hur de färdas genom mantelstenar under Hikurangi-platån. Dessa vibrationer utlöstes antingen av jordbävningar eller avsiktliga explosioner och nådde hastigheter på 9 kilometer per sekund.
Denna karta över sydvästra Stilla havet och Nya Zeeland visar de spridda fragmenten av en en gång gigantisk oceanisk platå. Röda pilar visar riktningarna för havsbottnens spridning. Raka svarta linjer visar uppmätta områden i vår studie. Kredit:Simon Lamb
Det är välkänt dessa vågor, kända som P-vågor, färdas i jordens översta mantel med en anmärkningsvärt konstant hastighet:cirka 8,1 km per sekund (cirka 30, 000 km i timmen). Även små avvikelser från denna konstanta hastighet avslöjar viktig information om mantelbergartarnas tillstånd.
Sedan slutet av 1970-talet, snabba P-vågshastigheter (8,7-9,0 km/s) hade rapporterats från ett djup av cirka 30 km under Nya Zeelands östra nordön. De seismiska vibrationerna som registrerades i dessa tidiga data färdades bara i en riktning genom en liten del av manteln, och betydelsen av den höga hastigheten var oklar.
Vår nya data är mycket mer omfattande, från ett stort seismiskt experiment 2012 som sträckte sig över södra nordön och offshore-regioner, inklusive Hikurangi-platån.
Den visar hastigheten på P-vågorna nådde 9 km/s, oavsett i vilken horisontell riktning de färdades. Men en noggrann analys av vibrationer utlösta av djupa jordbävningar visade ovanligt låga hastigheter för vibrationer som rör sig i vertikal riktning.
Detta avslöjar avgörande information om hur mantelklipporna har sträckts ut eller klämts av de enorma krafterna inuti jorden, och detta visar sig bekräfta existensen av de svårfångade plymerna.
Datorsimuleringar av en plym av flytande het sten i jordens mantel som stiger upp mot ytan från gränsen mellan kärnan och manteln. I de senare stadierna, plymhuvudet kollapsar under tyngdkraften för att bilda en pannkaksform. Kredit:James Moore
En seismisk pannkaka
Mönstret av seismiska hastigheter som vi observerade kräver att mantelstenarna under Hikurangi-platån har sträckts ut och pressats på ungefär samma sätt som man skulle kunna producera en pannkaksform genom att platta till en gummiboll.
När vi utförde datorsimuleringar av stigande plymer i manteln, vi upptäckte att de återgav exakt det här pannkakans platta mönster, eftersom det svampformade huvudet på plymen breder ut sig i sidled och kollapsar nära ytan.
Vi tittade också på data från seismiska experiment av internationella team på andra oceaniska platåer i sydvästra Stillahavsområdet. Anmärkningsvärt, både Manihiki- och Ontong-Java-platåerna visade samma mönster som vi observerade under Hikurangi-platån. P-vågor färdades med samma höga hastigheter oavsett horisontell riktning, men med betydligt lägre hastigheter i vertikal riktning.
Denna rekonstruktion av oceaniska platåer för 120 miljoner år sedan visar hur de passade ihop ovanför det pannkaksformade huvudet på en superplume. Kredit:Simon Lamb, Författare tillhandahålls
Rekonstruerar en uråldrig superplume
De stora oceaniska platåerna i sydvästra Stilla havet är nu utspridda, men vi vet hur de en gång passade ihop, för cirka 120 miljoner år sedan. De bildade ett område som låg under ett tjockt lager av vulkaniskt berg, tusentals kilometer tvärs över.
Vår analys visar att hela denna region låg ovanför det enda huvudet av en gigantisk plym - en superplym - som smälte för att producera massiva lavautbrott under en geologiskt kort period på några miljoner år.
Sibirien är den enda andra platsen på jorden där detta mönster av P-vågshastigheter har observerats i den övre manteln. Och det visar sig att detta också var platsen för omfattande vulkanutbrott för cirka 250 miljoner år sedan, tros vara orsakad av uppkomsten av en superplume.
Denna vulkaniska aktivitet kan ha förändrat jordens klimat och utlöst en massutrotning som påverkade livets utveckling.
Nya Zeeland och några utspridda öar i sydvästra Stilla havet ligger uppe på resterna av vad som en gång var en oerhört kraftfull geologisk kraft. Vi vet inte om denna process fortfarande pågår idag, men vår nya seismiska teknik för att hitta dessa superplume-rester kan hjälpa oss att upptäcka mer – ge ytterligare insikt i de många sambanden mellan det djupa inre av vår planet och vad som händer på ytan.
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
