wanneer een hete rotspluim door de aardmantel stijgt om de bovenliggende korst te doorboren, kan het niet alleen een vulkanisch oceaaneiland creëren, maar ook een deining op de oceaanbodem van honderden tot duizenden kilometers lang. Na verloop van tijd wordt het eiland meegevoerd door de onderliggende tektonische plaat, en de pluim springt uit een ander eiland in zijn plaats., Over miljoenen jaren kan deze geologische hotspot een keten van achterliggende eilanden produceren, waarop tijdelijk leven kan bloeien voordat de eilanden één voor één weer in zee zinken.
de aarde is bezaaid met tientallen hotspots, waaronder die welke de eilandketens Hawaii en de Galapagos produceerden. Hoewel het proces waarbij vulkanische eilanden ontstaan van keten tot keten vergelijkbaar is, kan de tijd die een eiland boven de zeespiegel doorbrengt sterk variëren, van een paar miljoen jaar in het geval van de Galapagos tot meer dan 20 miljoen voor de Canarische Eilanden., De leeftijd van een eiland kan het leven en de landschappen bepalen die daar evolueren. En toch zijn de mechanismen die de levensduur van een eiland bepalen grotendeels onbekend.
wetenschappers aan het MIT hebben nu een idee over de processen die de leeftijd van een vulkanisch eiland bepalen. In een paper gepubliceerd vandaag in Science Advances, rapporteren ze een analyse van 14 grote vulkanische eilandketens over de hele wereld. Ze vonden dat de leeftijd van een eiland is gerelateerd aan twee belangrijke geologische factoren: de snelheid van de onderliggende plaat en de grootte van de deining gegenereerd door de hotspot pluim.,
bijvoorbeeld, als een eiland op een snel bewegende plaat ligt, heeft het waarschijnlijk een korte levensduur, tenzij het, zoals bij Hawaï, ook door een zeer grote pluim is ontstaan. De pluim die tot de Hawaïaanse eilanden heeft geleid is een van de grootste op aarde, en terwijl de Pacifische plaat waarop Hawaii ligt relatief snel is in vergelijking met andere oceanische platen, duurt het veel tijd voordat de plaat over de uitgestrekte deining van de pluim glijdt., de onderzoekers vonden dat dit samenspel tussen tektonische snelheid en pluim grootte verklaart waarom de Hawaiiaanse eilanden miljoenen jaren langer boven zeeniveau blijven dan de oudste Galapagos eilanden, die ook op platen zitten die met een vergelijkbare snelheid maar over een veel kleinere pluim reizen. Ter vergelijking, de Canarische Eilanden, een van de oudste eilandketens in de wereld, zitten op de langzaam bewegende Atlantische plaat en over een relatief grote pluim.,
“deze eilandketens zijn dynamische, insulaire laboratoria waar biologen zich al lang op richten”, zegt voormalig MIT-afgestudeerde student Kimberly Huppert, hoofdauteur van het onderzoek. “Maar naast studies over individuele ketens, is er niet veel werk dat hen in verband brengt met processen van de vaste aarde, kilometers onder het oppervlak.,”je kunt je voorstellen dat al deze organismen leven op een soort tredmolen gemaakt van eilanden, zoals stepping stones, en ze evolueren, divergeren, migreren naar nieuwe eilanden, en de oude eilanden verdrinken,” voegt Taylor Perron toe, associate head of MIT ‘ s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences. “Wat Kim heeft laten zien, is dat er een geofysisch mechanisme is dat bepaalt hoe snel deze loopband beweegt en hoe lang de eilandkettingen gaan voordat ze van het einde vallen.,Huppert en Perron waren coauteurs van de studie samen met Leigh Royden, hoogleraar aard -, atmosferische en planetaire wetenschappen aan het MIT. de nieuwe studie is een onderdeel van Huppert ‘ S mit thesis work, waarin ze vooral de evolutie van landschappen op vulkanische eilandketens, de Hawaiiaanse eilanden in het bijzonder, onderzocht. Bij het bestuderen van de processen die bijdragen aan eilanderosie, groef ze een controverse op in de literatuur over de processen die ervoor zorgen dat de zeebodem opzwelt rond hotspoteilanden.,
” Het idee was, als je een deel van de bodem van de plaat verwarmt, kun je het heel snel omhoog laten gaan door gewoon een thermische opwaartse beweging, in principe als een brander onder de plaat, ” zegt Royden.
als dit idee juist is, dan zou koeling van de verwarmde plaat er ook toe moeten leiden dat de zeebodem zakt en eilanden uiteindelijk weer in de oceaan zinken. Maar bij het bestuderen van de leeftijden van verdronken eilanden in hotspotketens over de hele wereld, ontdekte Huppert dat eilanden sneller verdrinken dan enig natuurlijk koelmechanisme kan verklaren.,
” dus het grootste deel van deze stijging en zinken kan niet zijn geweest van verwarming en koeling, ” zegt Royden. “Het moest iets anders zijn.”
Huppert ‘ s observatie inspireerde de groep om de belangrijkste vulkanische eilandketens te vergelijken in de hoop de mechanismen van eilandop heffen en zinken te identificeren — die waarschijnlijk dezelfde processen zijn die de levensduur van een eiland of de tijd boven zeeniveau bepalen.
evolutie, op een loopband
in hun analyse keken de onderzoekers naar 14 vulkanische eilandketens over de hele wereld, waaronder de Hawaïaanse, Galapagos en de Canarische Eilanden., Voor elke eilandketen noteerden ze de richting waarin de onderliggende tektonische plaat bewoog en maten ze de gemiddelde snelheid van de plaat ten opzichte van de hotspot. Vervolgens gemeten ze, in de richting van elke eilandketen, de afstand tussen het begin en het einde van de deining, of stijging in de korst, gecreëerd door de onderliggende pluim., Voor elke eilandketen verdeelden ze de golfafstand per plaatsnelheid om te komen tot een getal dat de gemiddelde tijd vertegenwoordigt dat een vulkanisch eiland boven de golf van de pluim moet doorbrengen — wat zou moeten bepalen hoe lang een eiland boven de zeespiegel blijft voordat het in de oceaan zinkt.
toen de onderzoekers hun berekeningen vergeleken met de werkelijke leeftijd van elk eiland in elk van de 14 ketens, inclusief eilanden die al lang onder zeeniveau waren gezonken, vonden ze een sterke correlatie tussen de tijd die ze bovenop de deining doorbrachten en de typische tijd dat eilanden boven zeeniveau blijven., De levensduur van een vulkanisch eiland, concludeerden ze, hangt af van een combinatie van de snelheid van de onderliggende plaat en de grootte van de pluim, of de zwelling die het creëert.
Huppert zegt dat de processen die de leeftijd van een eiland bepalen wetenschappers kunnen helpen de biodiversiteit beter te begrijpen en hoe het leven er van de ene eilandketen tot de andere uitziet.
” als een eiland een lange tijd boven zeeniveau doorbrengt, biedt dat een lange tijd voor speciation om uit te spelen, ” zegt Huppert., “Maar als je een eiland keten waar je Eilanden die verdrinken in een sneller tempo, dan zal het invloed hebben op het vermogen van de fauna om uit te stralen naar naburige eilanden, en hoe deze eilanden zijn bevolkt.”
de onderzoekers stellen dat, in zekere zin, we het samenspel van tektonische snelheid en pluim grootte te danken hebben voor ons moderne begrip van evolutie.,
” Je kijkt naar een proces in de vaste aarde dat bijdraagt aan het feit dat de Galapagos een zeer snel bewegende loopband is, met eilanden die zeer snel vertrekken, met niet veel tijd om te eroderen, en dit was het systeem dat ertoe leidde dat mensen de evolutie ontdekten,” merkt Royden op. “Dus in zekere zin heeft dit proces echt het podium voor mensen om erachter te komen wat evolutie was over, door het te doen in deze microkosmos. Als dit proces er niet was geweest, en de Galapagos niet op die korte verblijfstijd waren geweest, wie weet hoe lang het zou hebben geduurd voordat mensen het door hadden.,”
dit onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door NASA.