När en varm plym av sten stiger genom jordens mantel för att punktera den överliggande skorpan, kan det skapa inte bara en vulkanisk Havsö, men också en svullnad i havsbotten hundratals till tusentals kilometer lång. Med tiden bärs ön bort av den underliggande tektoniska plattan, och plumen dyker ut en annan ö på plats., Under miljontals år kan denna geologiska hotspot producera en kedja av efterföljande öar, där livet kan blomstra tillfälligt innan öarna sjunker, en efter en, tillbaka i havet.

jorden är pocked med dussintals hotspots, inklusive de som producerade ön kedjor Hawaii och Galapagos. Medan den process genom vilken vulkaniska öar bildar liknar kedja till kedja, kan den tid som någon ö spenderar över havet variera kraftigt, från några miljoner år när det gäller Galapagos till över 20 miljoner för Kanarieöarna., En ös ålder kan bestämma liv och landskap som utvecklas där. Och ändå är mekanismerna som sätter en ös livslängd i stort sett okända.

nu har forskare vid MIT en uppfattning om de processer som bestämmer en vulkanisk ös ålder. I ett dokument som publiceras idag i Science Advances rapporterar de en analys av 14 stora vulkaniska ökedjor runt om i världen. De fann att en ös ålder är relaterad till två huvudsakliga geologiska faktorer: hastigheten på den underliggande plattan och storleken på svullnaden som genereras av hotspot-plumen.,

till exempel, om en ö ligger på en snabbrörlig platta, är det sannolikt att ha en kort livslängd, om inte, som är fallet med Hawaii, det skapades också av en mycket stor plym. Den plume som gav upphov till Hawaiiöarna är bland de största på jorden, och medan Stillahavsplattan som Hawaii sitter är relativt snabb jämfört med andra oceaniska plattor, det tar lång tid för plattan att glida över plymen expansiva svälla.,

forskarna fann att detta samspel mellan tektonisk hastighet och plymstorlek förklarar varför Hawaiiöarna kvarstår över havet i miljoner år längre än de äldsta Galapagosöarna, som också sitter på tallrikar som reser med liknande hastighet men över en mycket mindre plym. Som jämförelse sitter Kanarieöarna, bland de äldsta ökedjorna i världen, på den långsamma Atlantplattan och över en relativt stor plume.,

”dessa ökedjor är dynamiska, insulära laboratorier som biologer länge har fokuserat på”, säger tidigare MIT-doktorand Kimberly Huppert, studiens huvudförfattare. ”Men förutom studier på enskilda kedjor finns det inte mycket arbete som relaterade dem till processer av den fasta jorden, kilometer under ytan.,”

”Du kan föreställa dig alla dessa organismer som lever på ett slags löpband av öar, som stepping stones, och de utvecklas, divergerar, migrerar till nya öar, och de gamla öarna drunknar”, tillägger Taylor Perron, associerad chef för MIT: s Department of Earth, atmosfäriska och planetariska vetenskaper. ”Vad Kim har visat är att det finns en geofysisk mekanism som styr hur snabbt denna löpband rör sig och hur länge ökedjorna går innan de släpper av slutet.,”

Huppert och Perron medförfattare studien med Leigh Royden, professor i jord, atmosfäriska och planetariska vetenskaper vid MIT.

sjunkande blåslampa

den nya studien är en del av Hupperts mit-avhandlingsarbete, där hon främst tittade på utvecklingen av landskap på vulkaniska ökedjor, särskilt Hawaiiöarna. När hon studerade de processer som bidrar till öerosion grävde hon upp en kontrovers i litteraturen om de processer som gör att sjöfolket sväller runt hotspotöarna.,

”tanken var, om du värmer en del av botten av plattan, kan du göra det gå upp riktigt snabbt genom att bara termisk upplyftning, i princip som en blåslampa under plattan,säger Royden.

om denna idé är korrekt, bör kylning av den uppvärmda plattan på samma sätt leda till att havsbotten dämpas och öarna så småningom sjunker tillbaka i havet. Men genom att studera åldrarna av drunknade öar i hotspot-kedjor runt om i världen fann Huppert att öarna drunknade i en snabbare takt än någon naturlig kylmekanism kunde förklara.,

”så det mesta av denna upplyftning och sjunkande kunde inte ha varit från uppvärmning och kylning”, säger Royden. ”Det måste vara något annat.”

Hupperts observation inspirerade gruppen att jämföra stora vulkaniska ökedjor i hopp om att identifiera mekanismerna för öhöjning och sjunkande — vilket sannolikt är samma processer som sätter en ös livslängd eller tid över havet.

Evolution, på ett löpband

i sin analys tittade forskarna på 14 vulkaniska ökedjor runt om i världen, inklusive Hawaiian, Galapagos och Kanarieöarna., För varje ökedja noterade de riktningen i vilken den underliggande tektoniska plattan rörde sig och mätte plattans medelhastighet i förhållande till hotspot. De mätte sedan, i riktning mot varje ökedja, avståndet mellan början och slutet av svullnaden eller Upplyftningen i skorpan, skapad av den underliggande plumen., För varje ö kedja, de delade svälla avstånd av plattan hastighet för att komma fram till ett tal som representerar den genomsnittliga tiden en vulkanisk ö bör spendera ovanpå plymen svälla — som bör avgöra hur länge en ö förblir över havet innan sjunka in i havet.

när forskarna jämförde sina beräkningar med de faktiska åldrarna för varje ö i var och en av de 14 kedjorna, inklusive öar som sedan länge sjunkit under havsnivån, fann de ett starkt samband mellan den tid som spenderades ovanpå svullnaden och den typiska tid som öarna förblir över havet., En vulkanisk ös livslängd, de drog slutsatsen, beror på en kombination av den underliggande plattans hastighet och storleken på plymen, eller svälla som den skapar.

Huppert säger att de processer som sätter en ös ålder kan hjälpa forskare att bättre förstå biologisk mångfald och hur livet ser annorlunda ut från en ö kedja till en annan.

” om en ö tillbringar en lång tid över havet, som ger en lång tid för speciering att spela ut”, säger Huppert., ”Men om du har en ö kedja där du har öar som drunknar i en snabbare takt, då det kommer att påverka förmågan av fauna att utstråla till närliggande öar, och hur dessa öar är befolkade.”

forskarna hävdar att vi i viss mening har samspelet mellan tektonisk hastighet och plumestorlek att tacka för vår moderna förståelse för evolutionen.,

”du tittar på en process i den fasta jorden som bidrar till det faktum att Galapagos är en mycket snabbrörlig löpband, med öar som rör sig mycket snabbt, med inte lång tid att erodera, och det var det system som ledde till att människor upptäckte evolutionen”, konstaterar Royden. ”Så i en mening satte denna process verkligen scenen för människor att räkna ut vad evolutionen handlade om, genom att göra det i denna mikrokosmos. Om det inte hade varit den här processen, och Galapagos hade inte varit på den korta uppehållstiden, vem vet hur lång tid det skulle ha tagit för människor att räkna ut det.,”

denna forskning stöddes delvis av NASA.