Quando un pennacchio caldo di roccia sale attraverso il mantello terrestre per perforare la crosta sovrastante, può creare non solo un’isola vulcanica dell’oceano, ma anche un rigonfiamento nel fondo dell’oceano lungo centinaia o migliaia di chilometri. Nel corso del tempo l’isola viene portata via dalla placca tettonica sottostante, e il pennacchio salta fuori un’altra isola al suo posto., Nel corso di milioni di anni, questo hotspot geologico può produrre una catena di isole finali, su cui la vita può prosperare temporaneamente prima che le isole affondino, una ad una, di nuovo in mare.
La Terra è piena di decine di punti caldi, compresi quelli che hanno prodotto le catene di isole delle Hawaii e delle Galapagos. Mentre il processo con cui si formano le isole vulcaniche è simile da catena a catena, il tempo che ogni isola trascorre sopra il livello del mare può variare ampiamente, da pochi milioni di anni nel caso delle Galapagos a oltre 20 milioni per le Isole Canarie., L’età di un’isola può determinare la vita e i paesaggi che si evolvono lì. Eppure i meccanismi che fissano la durata della vita di un’isola sono in gran parte sconosciuti.
Ora gli scienziati del MIT hanno un’idea circa i processi che determinano l’età di un’isola vulcanica. In un articolo pubblicato oggi su Science Advances, riportano un’analisi di 14 principali catene di isole vulcaniche in tutto il mondo. Hanno scoperto che l’età di un’isola è legata a due principali fattori geologici: la velocità della placca sottostante e la dimensione del rigonfiamento generato dal pennacchio hotspot.,
Ad esempio, se un’isola si trova su una piastra in rapido movimento, è probabile che abbia una vita breve, a meno che, come nel caso delle Hawaii, non sia stata creata anche da un pennacchio molto grande. Il pennacchio che ha dato origine alle isole Hawaiane è tra i più grandi sulla Terra, e mentre la placca del Pacifico su cui si trova Hawaii è relativamente veloce rispetto ad altre placche oceaniche, ci vuole molto tempo per la piastra di scivolare sopra swell espansiva del pennacchio.,
I ricercatori hanno scoperto che questa interazione tra velocità tettonica e dimensioni del pennacchio spiega perché le isole hawaiane persistono sopra il livello del mare per milioni di anni più a lungo delle più antiche isole Galapagos, che siedono anche su piastre che viaggiano a una velocità simile ma su un pennacchio molto più piccolo. In confronto, le Isole Canarie, tra le più antiche catene insulari del mondo, siedono sulla placca atlantica che si muove lentamente e su un pennacchio relativamente grande.,
“Queste catene insulari sono laboratori dinamici e insulari su cui i biologi si sono a lungo concentrati”, afferma l’ex studente laureato del MIT Kimberly Huppert, autore principale dello studio. “Ma oltre agli studi sulle singole catene, non c’è molto lavoro che li ha correlati ai processi della Terra solida, chilometri sotto la superficie.,”
” Potete immaginare tutti questi organismi che vivono su una sorta di tapis roulant fatto di isole, come pietre miliari, e si stanno evolvendo, divergendo, migrando verso nuove isole, e le vecchie isole stanno annegando”, aggiunge Taylor Perron, capo associato del Dipartimento di Scienze della Terra, atmosferiche e planetarie del MIT. “Quello che Kim ha mostrato è che c’è un meccanismo geofisico che controlla la velocità con cui si muove questo tapis roulant e quanto tempo passano le catene dell’isola prima che cadano alla fine.,”
Huppert e Perron co-autore dello studio con Leigh Royden, professore di scienze della terra, atmosferiche e planetarie al MIT.
Sinking a blowtorch
Il nuovo studio fa parte del lavoro di tesi del MIT di Huppert, in cui ha esaminato principalmente l’evoluzione dei paesaggi sulle catene di isole vulcaniche, le isole hawaiane in particolare. Nello studio dei processi che contribuiscono all’erosione dell’isola, ha scavato una controversia in letteratura per quanto riguarda i processi che causano il fondo marino a gonfiarsi intorno alle isole hotspot.,
“L’idea era, se si riscalda parte del fondo della piastra, è possibile farlo salire molto velocemente semplicemente sollevando termico, fondamentalmente come una fiamma ossidrica sotto la piastra”, dice Royden.
Se questa idea è corretta, allora per lo stesso motivo, il raffreddamento della piastra riscaldata dovrebbe causare il fondo marino a diminuire e le isole a sprofondare nell’oceano. Ma studiando le età delle isole annegate nelle catene di hotspot in tutto il mondo, Huppert ha scoperto che le isole annegano ad un ritmo più veloce di quanto qualsiasi meccanismo di raffreddamento naturale potrebbe spiegare.,
“Quindi la maggior parte di questo sollevamento e affondamento non avrebbe potuto provenire dal riscaldamento e dal raffreddamento”, dice Royden. “Doveva essere qualcos’altro.”
L’osservazione di Huppert ha ispirato il gruppo a confrontare le principali catene di isole vulcaniche nella speranza di identificare i meccanismi di sollevamento e affondamento dell’isola — che sono probabilmente gli stessi processi che stabiliscono la durata della vita di un’isola, o il tempo sopra il livello del mare.
Evolution, su un tapis roulant
Nella loro analisi, i ricercatori hanno esaminato 14 catene di isole vulcaniche in tutto il mondo, tra cui le isole Hawaiane, Galapagos e Canarie., Per ogni catena di isole, hanno notato la direzione in cui si muoveva la placca tettonica sottostante e misurato la velocità media della placca rispetto all’hotspot. Hanno quindi misurato, nella direzione di ciascuna catena di isole, la distanza tra l’inizio e la fine del rigonfiamento, o sollevamento nella crosta, creato dal pennacchio sottostante., Per ogni catena di isole, hanno diviso la distanza del moto ondoso per la velocità della placca per arrivare a un numero che rappresenta il tempo medio che un’isola vulcanica dovrebbe trascorrere in cima al moto ondoso del pennacchio — che dovrebbe determinare per quanto tempo un’isola rimane sopra il livello del mare prima di affondare nell’oceano.
Quando i ricercatori hanno confrontato i loro calcoli con l’età effettiva di ciascuna isola in ciascuna delle 14 catene, comprese le isole che da tempo erano affondate sotto il livello del mare, hanno trovato una forte correlazione tra il tempo trascorso in cima al moto ondoso e la quantità tipica di tempo che le isole rimangono sopra il livello del mare., La durata di vita di un’isola vulcanica, hanno concluso, dipende da una combinazione della velocità della piastra sottostante e della dimensione del pennacchio, o del rigonfiamento che crea.
Huppert dice che i processi che stabiliscono l’età di un’isola possono aiutare gli scienziati a capire meglio la biodiversità e come la vita appare diversa da una catena di isole all’altra.
” Se un’isola trascorre molto tempo sopra il livello del mare, ciò fornisce molto tempo per la speciazione”, dice Huppert., “Ma se hai una catena di isole in cui hai isole che affogano a un ritmo più veloce, allora influenzerà la capacità della fauna di irradiare verso le isole vicine e come queste isole sono popolate.”
I ricercatori ipotizzano che, in un certo senso, abbiamo l’interazione tra velocità tettonica e dimensione del pennacchio da ringraziare per la nostra moderna comprensione dell’evoluzione.,
“Stai guardando un processo nella Terra solida che sta contribuendo al fatto che le Galapagos sono un tapis roulant molto veloce, con isole che si spostano molto rapidamente, con non molto tempo per erodere, e questo è stato il sistema che ha portato le persone a scoprire l’evoluzione”, osserva Royden. “Quindi, in un certo senso, questo processo ha davvero posto le basi per gli esseri umani per capire di cosa si trattava l’evoluzione, facendolo in questo microcosmo. Se non ci fosse stato questo processo, e le Galapagos non fossero state in quel breve periodo di permanenza, chissà quanto tempo ci sarebbe voluto per la gente per capirlo.,”
Questa ricerca è stata supportata, in parte, dalla NASA.