studien av ursprunget till Hawaiiöarna ger ett utmärkt exempel på hur vetenskapen fungerar. Under många år förblev öarnas geologiska historia ett mysterium. Den stora ön Hawaii (som ibland kallas bara Hawaii) utgör ena änden av en lång rak skärgård av mer än 100 öar, atoller, rev och stim som sträcker sig till Kure Atoll (se Figur 3), ett avstånd på mer än 2400 kilometer (1500 miles)., Bortom Kure fortsätter kedjan under vattnet i form av seamounts som stiger över havsbotten men inte längre bryta ytan av vattnet. Vad kan stå för denna spännande geologiska formation?

Figur 3

den hawaiianska kejsaren vulkanisk kedja sträcker sig från den stora ön Hawaii till Kure Atoll och fortsätter sedan under vattnet som en serie av seamounts. Öarna som för närvarande är över vatten visas i fast svart, med befolkade kedjan av stora öar ligger (mer…)

1963 den kanadensiska geologen J., Tuzo Wilson föreslog en hypotes för att förklara skärgårdens ursprung. Han föreslog att öarna bildade som jordskorpan i Stilla havet golvet flyttade över en värmekälla placerad under jordskorpan (se Figur 4). Denna Hot spot, som det kom att bli känt, producerade lava som utbröt genom skorpan på havsbotten. Så småningom växte dessa vulkaner tillräckligt stora för att stiga över havet och bilda öar (se Figur 5)., Som oceanic skorpa flyttade över hot spot, var varje nyligen bildade vulkan fördes bort från hot spot mot nordväst, skära av dess källa av lava. Under tiden bildades en ny ö så att en kedja av öar över tiden producerades som sträcker sig bort från hot spot. När öarna fortsatte att röra sig mot nordväst, bort från hot spot, eroderade de av vind, regn och vågor och så småningom sjönk under havsnivån för att bli seamounts.

Figur 4

1963 J., Tuzo Wilson föreslog att Hawaiiöarna bildas när skorpan av Stilla havet golvet flyttade över en värmekälla som härrör från inom jorden. (Diagram anpassad från J. Tuzo Wilson, ”en möjlig Ursprung Hawaiian Islands,” (mer…)

Figur 5

Hawaiiöarna bildades som Stilla havet golvet flyttade över en underliggande hot spot i jorden, visas här av en prickad cirkel. Den nuvarande ön Kauai bildades cirka 5 miljoner år sedan; Maui Nui, landmass nu representeras av Maui och närliggande (mer…,)

När denna hypotes föreslogs började forskare söka efter bevis för att testa den. Hypotesen förutspår till exempel att de mer nordvästliga sömmarna och öarna ska vara äldre än öarna i sydost. Geologer kan mäta åldern av vulkaniska bergarter genom att mäta kvantiteterna argongas i dessa stenar. Omedelbart efter att lava svalnat innehåller den ingen argon eftersom gasen utvisas från den smälta klippan. Men vulkaniska bergarter innehåller också en radioaktiv form av det gemensamma elementet kalium., Detta kalium sönderfaller i en känd och konstant hastighet i argon, och argonet förblir instängd i berget. För att bestämma åldern på en vulkanisk sten kan forskare mäta mängden argon och mängden radioaktivt kalium i berget. Ju högre förhållandet är desto äldre är berget.

dessa mätningar visade att den stora ön Hawaii, i den sydöstra änden av skärgården, är den yngsta av kedjan, med en uppskattad ålder på mindre än en halv miljon år (Panel 1)., Öarna Maui, Molokai, Lanai och Kahoolawe, som en gång var förenade i en landmassa som kallas Maui Nui, är nästa äldre. Öarna Oahu och Kauai har större åldrar, med den senare är cirka fem miljoner år gammal. I nordväst är vulkanerna allt äldre, med Suiko Seamount i norra delen av kedjan som har en ålder av 65 miljoner år.

detta mönster är precis vad som hade förutsetts av hypotesen att vulkanerna skapades av skorpans rörelse över en värmekälla., Faktum är att genom att jämföra vulkanernas åldrar med deras separationer har geologer dragit slutsatsen att jordskorpan i Stilla havet rör sig med en hastighet av ca 10 centimeter (4 tum) per år Över hot spot eller ungefär en meter per decennium.

en annan källa till stödjande bevis omfattade öarnas och sjömonteringarnas höjder. När vulkaniska öar åldras, dämpar de gradvis och eroderar. Således, i Hawaii, bör de nyaste öarna vara de högsta—som återigen är precis vad som finns (se Figur 6)., Den högsta toppen på den stora ön är nästan 4 250 meter, medan ön Kauai stiger till endast cirka 1 500 meter. De äldre öarna bortom Kauai har mycket lägre höjder. Ett exempel är Necker Island, som är ca 300 miles nordväst om Kauai och är dubbelt så gammal, på cirka 10 miljoner år. De geologiska egenskaperna hos undervattensdelen av Necker Island indikerar att den en gång var mer än 1000 meter (3,000 fot hög), men idag är den högsta punkten på ön mindre än 100 meter över havet., Bortom Kure blir topparna av seamounts progressivt lägre. Suiko Seamount, en gång en ö, är nu 2 kilometer (mer än en mil) under vattnet.

Figur 6

de maximala höjderna på Hawaiiöarna minskar gradvis från sydost till nordväst, med de nyaste öarna som högsta. (Karta reproduceras med tillstånd av Dynamic Graphics, Inc., Alameda, CA, USA, producent av earthvision® software, (mer…)

en slutlig källa till bevis var observationen att öbyggnaden fortfarande pågår., En ny undervattens vulkan upptäcktes cirka 32 kilometer (20 miles) utanför stranden av den stora ön (se Figur 7). Känd som Loihi Seamount, det stiger redan mer än 3,000 meter (9,000 fot) ovanför golvet i Stilla havet och är för närvarande inom ca 1,000 meter (3,000 fot) av havsytan. Någon gång under de närmaste 100.000 åren, kan det stiga över vågorna för att producera det nyaste tillskottet till Hawaiiöarna.,

Figur 7

Loihi-Seamount utanför den stora öns kust ligger nu över hot spot under Stillahavsplattan och växer stadigt. (Diagram anpassad från ritning av Joel E. Robinson, US Geological Survey.)

Wilsons hypotes om ursprunget till Hawaiiöarna, nu noggrant testade och accepterade, har bidragit till en mycket bredare förståelse av geologiska processer som kallas teorin om platttektonik., Ungefär samtidigt som Wilson gjorde sin hypotes, erkände han och andra geologer att jordens yta är uppdelad i ett antal ”plattor” av olika storlekar som kan röra sig i förhållande till varandra. Vissa plattor expanderar utåt från vulkaniska åsar som lägger till nytt material till plattans kanter. Vissa plattor förlorar material som deras kanter störta in i jordens inre på djupa oceanic diken. Varhelst plåtarna möts eller glider mot varandra-till exempel på San Andreas-felet i Kalifornien-kan jordbävningsaktiviteten vara särskilt intensiv.,

denna teori om plattektonik står för många tidigare oförklarliga geologiska egenskaper. Till exempel, andra hotspots under jordskorpan har bidragit till att skapa geologiska formationer, såsom hot spot under Yellowstone National Park som värmer parkens varma källor och gejsrar. Rörelserna av tektoniska plattor har haft djupgående effekter på oceanisk cirkulation och klimat—Antarktis rörelse mot Sydpolen under de senaste 30 miljoner åren ledde till bildandet av södra istäcket och en gradvis kylning av planeten., På samma sätt förklarar teorin om platttektonik många andra geologiska egenskaper (se figur 8). Böjningen i Hawaiian skärgård förbi Kure Atoll, till exempel, verkar ha resulterat i en förändring i rörelseriktningen för Stillahavsplattan omkring 43 miljoner år sedan i kombination med förflyttning av hotspot under skärgården.

figur 8

Hawaiöarna ligger nära mitten av Stillahavsplattan, som rör sig mot nordväst som material läggs till plattan från midocean åsen utanför Sydamerika., (Diagram artighet av US Geological Survey.)