De studie naar de oorsprong van de Hawaiiaanse eilanden is een uitstekend voorbeeld van hoe wetenschap werkt. Gedurende vele jaren bleef de geologische geschiedenis van de eilanden een mysterie. Het grote eiland Hawaii (dat soms gewoon Hawaii wordt genoemd) vormt een einde van een lange rechte archipel van meer dan 100 eilanden, atollen, riffen en scholen die zich uitstrekken tot het Kure-Atol (zie Figuur 3), een afstand van meer dan 2.400 kilometer., Voorbij Kure gaat de keten verder onder water in de vorm van onderzeese bergen die boven de oceaanbodem uitstijgen maar niet langer het wateroppervlak breken. Wat kan deze intrigerende geologische formatie verklaren?
Figuur 3
de vulkanische keten van Hawaïaanse Keizer strekt zich uit van het grote eiland Hawaii tot het Kure-atol en gaat dan onder water verder als een reeks onderzeese bergen. De eilanden die momenteel boven water zijn weergegeven in massief zwart, met de bevolkte keten van grote eilanden gelegen (meer…)
in 1963 de Canadese geoloog J., Tuzo Wilson stelde een hypothese voor om de oorsprong van de archipel te verklaren. Hij suggereerde dat de eilanden gevormd als de korst van de oceaanbodem verplaatst over een bron van warmte geplaatst onder de korst (zie Figuur 4). Deze hete plek, zoals het bekend werd, produceerde lava die door de korst uitbarstte op de oceaanbodem. Uiteindelijk groeiden deze uitbarstende vulkanen groot genoeg om boven de zeespiegel uit te stijgen en eilanden te vormen (zie Figuur 5)., Toen de oceanische korst over de hete plek bewoog, werd elke recent gevormde vulkaan van de hete plek naar het noordwesten weggevoerd, waardoor de bron van lava werd afgesneden. Ondertussen werd een nieuw eiland gevormd, zodat na verloop van tijd een keten van eilanden werd geproduceerd die zich uitstrekte uit de buurt van de hot spot. Terwijl de eilanden verder naar het noordwesten trokken, weg van de hot spot, werden ze geërodeerd door de wind, regen en golven en zonken uiteindelijk onder zeeniveau om onderzeese bergen te worden.
Figuur 4
in 1963 J., Tuzo Wilson stelde voor dat de Hawaïaanse eilanden gevormd werden toen de korst van de oceaanbodem over een warmtebron bewoog die uit de aarde kwam. (Diagram aangepast van J. Tuzo Wilson, “a Possible Origin of the Hawaiian Islands,” (meer…)
Figuur 5
de Hawaiiaanse eilanden gevormd als de oceaanbodem bewogen over een onderliggende hot spot in de aarde, hier weergegeven door een gestippelde cirkel. Het huidige eiland Kauai ontstond ongeveer 5 miljoen jaar geleden; Maui Nui, de landmassa nu vertegenwoordigd door Maui en in de buurt (meer…,)
zodra deze hypothese werd voorgesteld, begonnen wetenschappers te zoeken naar bewijs om het te testen. De hypothese voorspelt bijvoorbeeld dat de meer noordwestelijke Zeebergen en eilanden ouder zouden moeten zijn dan de eilanden in het zuidoosten. Geologen kunnen de leeftijd van vulkanisch gesteente meten door de hoeveelheden argongas in die rotsen te meten. Onmiddellijk nadat lava afkoelt, bevat het geen argon omdat het gas uit het gesmolten gesteente wordt verdreven. Maar vulkanisch gesteente bevat ook een radioactieve vorm van het gemeenschappelijke element kalium., Dit kalium vervalt met een bekende en constante snelheid in argon, en het argon blijft gevangen in het gesteente. Om de leeftijd van een vulkanisch gesteente te bepalen, kunnen wetenschappers de hoeveelheid argon en de hoeveelheid radioactief kalium in het gesteente meten. Hoe hoger de verhouding, hoe ouder de steen.
deze metingen toonden aan dat het grote eiland Hawaï, aan het zuidoostelijke einde van de archipel, het jongste van de keten is, met een geschatte leeftijd van minder dan een half miljoen jaar (Paneel 1)., De eilanden Maui, Molokai, Lanai en Kahoolawe, die ooit werden samengevoegd in een landmassa bekend als Maui Nui, zijn de volgende oudere. De eilanden Oahu en Kauai hebben grotere leeftijden, met de laatste is ongeveer vijf miljoen jaar oud. In het noordwesten zijn de vulkanen steeds ouder, met Suiko Seamount in het noordelijke deel van de keten met een leeftijd van 65 miljoen jaar.
Dit patroon is precies wat voorspeld was door de hypothese dat de vulkanen ontstaan zijn door de beweging van de korst over een warmtebron., In feite, door de leeftijd van de vulkanen te vergelijken met hun scheidingen, hebben geologen geconcludeerd dat de korst van de Stille Oceaan beweegt met een snelheid van ongeveer 10 centimeter (4 inches) per jaar over de hot spot, of ongeveer een meter per decennium.
een andere bron van bewijsmateriaal betrof de hoogtes van de eilanden en onderzeese bergen. Als vulkanische eilanden verouderen, verdwijnen ze geleidelijk en eroderen ze. Dus, in Hawaii, de nieuwste eilanden moeten de hoogste zijn-dat is weer precies wat wordt gevonden (zie Figuur 6)., De hoogste piek op het grote eiland is bijna 4.250 meter (14.000 voet), terwijl het eiland Kauai stijgt tot slechts ongeveer 1500 meter (5.000 voet). De oudere eilanden voorbij Kauai hebben veel lagere hoogtes. Een voorbeeld is Necker Island, dat is ongeveer 300 mijl ten noordwesten van Kauai en is twee keer zo oud, op ongeveer 10 miljoen jaar. De geologische kenmerken van het onderwatergedeelte van Necker Island geven aan dat het ooit meer dan 1.000 meter hoog was, maar vandaag de dag ligt het hoogste punt op het eiland minder dan 100 meter boven zeeniveau., Voorbij Kure worden de toppen van de onderzeese bergen steeds lager. Suiko Seamount, ooit een eiland, is nu 2 kilometer (meer dan een mijl) onder water.
Figuur 6
De maximale hoogtes van de Hawaïaanse eilanden nemen geleidelijk af van Zuidoost naar noordwest, waarbij de nieuwste eilanden het hoogste zijn. (Kaart gereproduceerd met toestemming van Dynamic Graphics, Inc., Alameda, CA, USA, producent van EarthVision ® software, (meer…)
een laatste bron van ondersteunend bewijs was de constatering dat de bouw van het eiland nog steeds aan de gang is., Een nieuwe onderwater vulkaan werd ontdekt op ongeveer 32 kilometer van de kustlijn van het grote eiland (zie Figuur 7). Bekend als de Loihi Seamount, het stijgt al meer dan 3.000 meter (9.000 voet) boven de vloer van de Stille Oceaan en is momenteel binnen ongeveer 1.000 meter (3.000 voet) van het oceaanoppervlak. Ergens in de komende 100.000 jaar, kan het boven de golven uitstijgen … om de nieuwste toevoeging aan de Hawaïaanse eilanden te produceren.,
Figuur 7
De Loihi Seamount voor de kust van het grote eiland ligt nu boven de hot spot onder de Pacifische plaat en groeit gestaag. (Diagram aangepast van tekening door Joel E. Robinson, U. S. Geological Survey.)
Wilson ‘ s hypothese over de oorsprong van de Hawaïaanse eilanden, nu grondig getest en geaccepteerd, heeft bijgedragen tot een veel breder begrip van geologische processen, bekend als de theorie van platentektoniek., Rond dezelfde tijd dat Wilson zijn hypothese maakte, herkenden hij en andere geologen dat het aardoppervlak is opgesplitst in een aantal “platen” van verschillende afmetingen die kunnen bewegen in relatie tot elkaar. Sommige platen breiden zich uit van vulkanische richels die nieuw materiaal toevoegen aan de randen van de platen. Sommige platen verliezen materiaal als hun randen in het binnenste van de aarde duiken bij diepe oceanische loopgraven. Overal waar platen elkaar ontmoeten of tegen elkaar glijden-bijvoorbeeld bij de San Andreas-breuk in Californië-kan de aardbevingsactiviteit bijzonder intens zijn.,
deze theorie van platentektoniek verklaart veel voorheen onverklaarbare geologische kenmerken. Andere hotspots onder de aardkorst hebben bijvoorbeeld bijgedragen aan het ontstaan van geologische formaties, zoals de Hotspot onder Yellowstone National Park die de warmwaterbronnen en geisers van het park verwarmt. De bewegingen van tektonische platen hebben ingrijpende gevolgen gehad voor de oceanische circulatie en het klimaat—de beweging van Antarctica naar de Zuidpool gedurende de laatste 30 miljoen jaar leidde tot de vorming van de Zuidelijke ijskap en een geleidelijke afkoeling van de planeet., Ook de theorie van platentektoniek verklaart vele andere geologische kenmerken (zie Figuur 8). De bocht in de Hawaiiaanse archipel voorbij het Kure-Atol, bijvoorbeeld, lijkt het gevolg te zijn van een verandering in de richting van de beweging van de Pacifische plaat ongeveer 43 miljoen jaar geleden gecombineerd met de beweging van de hotspot onder de archipel.
Figuur 8
De Hawaïaanse eilanden bevinden zich in de buurt van het centrum van de Pacifische plaat, die naar het noordwesten beweegt als er materiaal aan de plaat wordt toegevoegd vanaf de midoceaanse rug voor Zuid-Amerika., (Diagram met dank aan U. S. Geological Survey.)