Kiedy gorący pióropusz skał wznosi się przez płaszcz ziemi, aby przebić pokrywającą się skorupę, może stworzyć nie tylko wulkaniczną wyspę oceaniczną, ale także falę na dnie oceanu o długości setek do tysięcy kilometrów. Z czasem Wyspa zostaje porwana przez płytkę tektoniczną, a pióropusz wyskakuje na jej miejsce kolejna Wyspa., Przez miliony lat ten geologiczny punkt zapalny może wytworzyć łańcuch ciągnących się wysp, na których życie może rozkwitać tymczasowo, zanim Wyspy zatoną, jedna po drugiej, z powrotem do morza.

na Ziemi jest mnóstwo hotspotów, w tym tych, które stworzyły łańcuchy wysp Hawajów i Galapagos. Podczas gdy proces tworzenia się wysp wulkanicznych jest podobny w łańcuchu do łańcucha, czas, jaki każda wyspa spędza nad poziomem morza, może się znacznie różnić, od kilku milionów lat w przypadku Galapagos do ponad 20 milionów na Wyspach Kanaryjskich., Wiek Wyspy może determinować życie i krajobrazy, które się tam rozwijają. A jednak mechanizmy, które określają długość życia wyspy są w dużej mierze nieznane.

teraz naukowcy z MIT mają pomysł na procesy, które określają wiek wyspy wulkanicznej. W artykule opublikowanym dzisiaj w Science Advances, raportują analizę głównych łańcuchów wysp wulkanicznych 14 na całym świecie. Odkryli, że wiek wyspy jest związany z dwoma głównymi czynnikami geologicznymi: prędkością leżącej płyty i wielkością fal generowanych przez pióropusz hotspot.,

na przykład, jeśli Wyspa leży na szybko poruszającej się płycie, prawdopodobnie ma krótką żywotność, chyba że, jak w przypadku Hawajów, została również stworzona przez bardzo duże pióropusze. Pióropusz, który dał początek Wyspom hawajskim, jest jednym z największych na ziemi, a podczas gdy płyta Pacyficzna, na której siedzi Hawaje, jest stosunkowo szybka w porównaniu z innymi płytami oceanicznymi, zajmuje sporo czasu, aby płyta przesunęła się nad ekspansywnym puchnięciem pióropusza.,

naukowcy odkryli, że ta interakcja między prędkością tektoniczną a rozmiarem pióropusza wyjaśnia, dlaczego Wyspy Hawajskie utrzymują się nad poziomem morza przez milion lat dłużej niż najstarsze Wyspy Galapagos, które również siedzą na płytach, które podróżują z podobną prędkością, ale nad znacznie mniejszym pióropuszem. Dla porównania Wyspy Kanaryjskie, jedne z najstarszych łańcuchów wysp na świecie, leżą na wolno poruszającej się płycie Atlantyckiej i nad stosunkowo dużym pióropuszem.,

„te łańcuchy wysp są dynamicznymi, wyspiarskimi laboratoriami, na których biolodzy od dawna się koncentrują”, mówi była absolwentka MIT, Kimberly Huppert, główna autorka badania. „Ale oprócz badań nad poszczególnymi łańcuchami, nie ma wiele pracy, która wiązałaby je z procesami stałej Ziemi, kilometry pod powierzchnią.,”

„można sobie wyobrazić wszystkie te organizmy żyjące na czymś w rodzaju bieżni zbudowanej z wysp, takich jak stepping stones, i ewoluują, oddalają się, migrują na nowe wyspy, a stare Wyspy toną”, dodaje Taylor Perron, associate head of MIT ' s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences. „Kim pokazała, że istnieje mechanizm Geofizyczny, który kontroluje szybkość ruchu bieżni i długość łańcuchów Wysp, zanim opadną na koniec.,”

Huppert i Perron byli współautorami badań z Leigh Royden, profesorem nauk o Ziemi, atmosferze i planetach na MIT.

zatapianie palnika

nowe opracowanie jest częścią pracy magisterskiej Huppert, w której zajmowała się głównie ewolucją krajobrazów na łańcuchach wysp wulkanicznych, w szczególności na Wyspach Hawajskich. Badając procesy, które przyczyniają się do erozji Wysp, rozkopała w literaturze kontrowersje dotyczące procesów, które powodują puchnięcie dna morskiego wokół wysp hotspot.,

„pomysł polegał na tym, że jeśli podgrzejesz część dna płyty, możesz sprawić, że pójdzie ona naprawdę szybko przez termiczne podniesienie, w zasadzie jak palnik pod płytą” – mówi Royden.

Jeśli ten pomysł jest poprawny, to tym samym chłodzenie podgrzewanej płyty powinno spowodować ustąpienie dna morskiego i ostatecznie zatopienie wysp z powrotem w oceanie. Ale badając wieki utopionych wysp w łańcuchach hotspotów na całym świecie, Huppert odkrył, że wyspy toną w szybszym tempie, niż jakikolwiek naturalny mechanizm chłodzenia mógłby wyjaśnić.,

„tak więc większość tego uniesienia i zatonięcia nie mogła być spowodowana ogrzewaniem i chłodzeniem” – mówi Royden. „To musiało być coś innego.”

obserwacja Hupperta zainspirowała grupę do porównania głównych łańcuchów wysp wulkanicznych w nadziei na zidentyfikowanie mechanizmów podnoszenia i zatapiania wysp — które są prawdopodobnie tymi samymi procesami, które ustawiają długość życia wyspy lub czas nad poziomem morza.

Ewolucja na bieżni

w swojej analizie badacze przyjrzeli się 14 wulkanicznym łańcuchom wysp na całym świecie, w tym Hawajom, Galapagos i Wyspom kanaryjskim., Dla każdego łańcucha wysp odnotowali kierunek, w którym porusza się płytka tektoniczna i zmierzyli średnią prędkość płyty względem hotspotu. Następnie mierzyli, w kierunku każdego łańcucha wysp, odległość między początkiem i końcem pęcznienia lub uniesienia w skorupie, stworzonej przez leżący u jej podstawy pióropusz., Dla każdego łańcucha wysp podzielili odległość puchnięcia przez prędkość płyty, aby dotrzeć do liczby reprezentującej średni czas, jaki wyspa wulkaniczna powinna spędzić na szczycie puchu pióropusza — co powinno określić, jak długo Wyspa pozostaje nad poziomem morza przed zatonięciem w oceanie.

kiedy naukowcy porównali swoje obliczenia z faktycznym wiekiem każdej wyspy w każdym z 14 łańcuchów, w tym wysp, które dawno zatonęły poniżej poziomu morza, odkryli silną korelację między czasem spędzonym na szczycie fali a typową ilością czasu, w którym Wyspy pozostają nad poziomem morza., Żywotność wyspy wulkanicznej, doszli do wniosku, zależy od kombinacji prędkości leżącej płyty i wielkości pióropusza lub pęcznienia, które tworzy.

Huppert mówi, że procesy, które wyznaczają wiek Wyspy, mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć różnorodność biologiczną i to, jak życie wygląda inaczej w łańcuchu wysp.

„Jeśli Wyspa spędza dużo czasu nad poziomem morza, zapewnia to długi czas na specjację” – mówi Huppert., „Ale jeśli masz łańcuch wysp, w którym masz wyspy, które toną w szybszym tempie, to wpłynie to na zdolność fauny do promieniowania do sąsiednich wysp i jak te wyspy są zaludnione.”

naukowcy twierdzą, że w pewnym sensie mamy wzajemne oddziaływanie prędkości tektonicznej i wielkości pióropusza, aby podziękować za nasze nowoczesne zrozumienie ewolucji.,

„patrzycie na proces w stałej ziemi, który przyczynia się do tego, że Galapagos jest bardzo szybko poruszającą się bieżnią, z wyspami przesuwającymi się bardzo szybko, z niedużym czasem na erozję, a to był system, który doprowadził ludzi do odkrycia ewolucji”, zauważa Royden. „Tak więc w pewnym sensie ten proces naprawdę dał ludziom możliwość zrozumienia, na czym polega ewolucja, robiąc to w tym mikrokosmosie. Gdyby nie ten proces, a Galapagos nie byli w tak krótkim czasie pobytu, kto wie, ile czasu zajęłoby ludziom, aby to rozgryźć.,”

badania te były częściowo wspierane przez NASA.