Wenn eine heiße plume an Felsen steigt durch den Erdmantel ein, um die Punktion der darüberliegenden Kruste, Sie können erstellen Sie nicht nur eine vulkanische Ozean, Insel, sondern auch ein Anschwellen der Meeresboden Hunderte bis Tausende von Kilometern lang. Im Laufe der Zeit wird die Insel von der darunter liegenden tektonischen Platte weggetragen, und die Wolke taucht an ihrer Stelle auf einer anderen Insel auf., Über Millionen von Jahren kann dieser geologische Hotspot eine Kette nachfolgender Inseln hervorbringen, auf denen das Leben vorübergehend gedeihen kann, bevor die Inseln nacheinander wieder ins Meer sinken.
Die Erde ist mit Dutzenden von Hotspots, einschließlich derer, die die Inselketten von Hawaii und die Galapagos produziert pocked. Während der Prozess, durch den sich vulkanische Inseln bilden, von Kette zu Kette ähnlich ist, kann die Zeit, die jede Insel über dem Meeresspiegel verbringt, stark variieren, von einigen Millionen Jahren im Fall der Galapagos bis zu über 20 Millionen für die Kanarischen Inseln., Das Alter einer Insel kann das Leben und die Landschaften bestimmen, die sich dort entwickeln. Und doch sind die Mechanismen, die die Lebensdauer einer Insel bestimmen, weitgehend unbekannt.
Jetzt haben Wissenschaftler am MIT eine Vorstellung von den Prozessen, die das Alter einer Vulkaninsel bestimmen. In einem heute in Science Advances veröffentlichten Artikel berichten sie über eine Analyse von 14 großen vulkanischen Inselketten auf der ganzen Welt. Sie fanden heraus, dass das Alter einer Insel mit zwei geologischen Hauptfaktoren zusammenhängt: der Geschwindigkeit der darunter liegenden Platte und der Größe des von der Hotspot-Wolke erzeugten Swells.,
Wenn eine Insel beispielsweise auf einer sich schnell bewegenden Platte liegt, hat sie wahrscheinlich eine kurze Lebensdauer, es sei denn, sie wurde, wie bei Hawaii, auch von einer sehr großen Wolke erzeugt. Die Wolke, aus der die hawaiianischen Inseln hervorgegangen sind, gehört zu den größten der Erde, und während die pazifische Platte, auf der Hawaii sitzt, im Vergleich zu anderen ozeanischen Platten relativ schnell ist, dauert es beträchtlich, bis die Platte über den ausgedehnten Schwall der Wolke gleitet.,
Die Forscher fanden heraus, dass dieses Zusammenspiel zwischen tektonischer Geschwindigkeit und Federgröße erklärt, warum die hawaiianischen Inseln Millionen Jahre länger über dem Meeresspiegel bestehen als die ältesten Galapagos-Inseln, die ebenfalls auf Tellern sitzen, die sich mit ähnlicher Geschwindigkeit, aber über einer viel kleineren Feder bewegen. Im Vergleich dazu sitzen die Kanarischen Inseln, eine der ältesten Inselketten der Welt, auf der sich langsam bewegenden Atlantikplatte und über einer relativ großen Wolke.,
„Diese Inselketten sind dynamische, Insellabors, auf die sich Biologen schon lange konzentriert haben“, sagt die ehemalige MIT-Doktorandin Kimberly Huppert, die Hauptautorin der Studie. „Aber neben Studien zu einzelnen Ketten gibt es nicht viel Arbeit, die sie mit Prozessen der festen Erde in Verbindung bringt, Kilometer unter der Oberfläche.,“
„Sie können sich all diese Organismen vorstellen, die auf einer Art Laufband aus Inseln leben, wie Trittsteine, und sie entwickeln sich, divergieren, wandern auf neue Inseln und die alten Inseln ertrinken“, fügt Taylor Perron hinzu, stellvertretender Leiter der Abteilung für Erde -, Atmosphären-und Planetenwissenschaften des MIT. „Was Kim gezeigt hat, ist, dass es einen geophysikalischen Mechanismus gibt, der steuert, wie schnell sich dieses Laufband bewegt und wie lange die Inselketten gehen, bevor sie vom Ende fallen.,“
Huppert und Perron co-Autor der Studie mit Leigh Royden, professor of earth, atmospheric and planetary sciences am MIT.
Sinking a blowtorch
Die neue Studie ist Teil von Hupperts MIT-Dissertation, in der sie sich vor allem mit der Entwicklung von Landschaften auf vulkanischen Inselketten, insbesondere den hawaiianischen Inseln, befasste. Bei der Untersuchung der Prozesse, die zur Inselerosion beitragen, Sie grub eine Kontroverse in der Literatur über die Prozesse aus, die dazu führen, dass der Meeresboden um Hotspot-Inseln anschwillt.,
„Die Idee war, wenn Sie einen Teil des Bodens der Platte erhitzen, können Sie es wirklich schnell durch nur thermische Anhebung gehen, im Grunde wie eine Lötlampe unter der Platte“, sagt Royden.
Wenn diese Idee richtig ist, sollte die Kühlung der beheizten Platte aus demselben Grund dazu führen, dass der Meeresboden nachlässt und die Inseln schließlich wieder in den Ozean sinken. Bei der Untersuchung des Alters ertrunkener Inseln in Hotspot-Ketten auf der ganzen Welt stellte Huppert jedoch fest, dass Inseln schneller ertrinken, als jeder natürliche Kühlmechanismus erklären könnte.,
„Der größte Teil dieses Auftriebs und Sinkens hätte also nicht durch Erhitzen und Kühlen erfolgen können“, sagt Royden. „Es musste etwas anderes sein.“
Hupperts Beobachtung inspirierte die Gruppe, große vulkanische Inselketten zu vergleichen, in der Hoffnung, die Mechanismen des Inselauf — und-Absinkens zu identifizieren-die wahrscheinlich dieselben Prozesse sind, die die Lebensdauer einer Insel oder die Zeit über dem Meeresspiegel bestimmen.
Evolution, auf einem Laufband
In ihrer Analyse untersuchten die Forscher 14 vulkanische Inselketten auf der ganzen Welt, darunter die hawaiianischen, Galapagos – und Kanarischen Inseln., Für jede Inselkette notierten sie die Richtung, in der sich die darunter liegende tektonische Platte bewegte, und maßen die Durchschnittsgeschwindigkeit der Platte relativ zum Hotspot. Sie maßen dann in Richtung jeder Inselkette den Abstand zwischen dem Anfang und dem Ende der Schwellung oder den Auftrieb in der Kruste, der durch die darunter liegende Wolke erzeugt wurde., Für jede Inselkette teilten sie die Quellentfernung durch die Plattengeschwindigkeit, um zu einer Zahl zu gelangen, die die durchschnittliche Zeit darstellt, die eine vulkanische Insel auf der Schwelle der Wolke verbringen sollte — was bestimmen sollte, wie lange eine Insel über dem Meeresspiegel bleibt, bevor sie in den Ozean sinkt.
Als die Forscher ihre Berechnungen mit dem tatsächlichen Alter jeder Insel in jeder der 14 Ketten verglichen, einschließlich Inseln, die längst unter dem Meeresspiegel gesunken waren, fanden sie eine starke Korrelation zwischen der Zeit, die sie auf dem Swell verbracht hatten, und der typischen Zeit, die Inseln über dem Meeresspiegel bleiben., Die Lebensdauer einer Vulkaninsel, folgerten sie, hängt von einer Kombination der Geschwindigkeit der darunter liegenden Platte und der Größe der Wolke ab, oder schwellen, die es schafft.
Huppert sagt, dass die Prozesse, die das Alter einer Insel bestimmen, Wissenschaftlern helfen können, die biologische Vielfalt besser zu verstehen und wie das Leben von Insel zu Insel anders aussieht.
„Wenn eine Insel lange Zeit über dem Meeresspiegel liegt, bietet das eine lange Zeit für die Speziation“, sagt Huppert., „Aber wenn Sie eine Inselkette haben, wo Sie Inseln haben, die schneller ertrinken, dann wird es die Fähigkeit der Fauna beeinflussen, auf benachbarte Inseln auszustrahlen, und wie diese Inseln besiedelt sind.“
Die Forscher gehen davon aus, dass wir in gewissem Sinne das Zusammenspiel von tektonischer Geschwindigkeit und Federgröße für unser modernes Verständnis der Evolution haben.,
„Sie betrachten einen Prozess in der festen Erde, der dazu beiträgt, dass die Galapagos ein sehr schnell bewegliches Laufband sind, mit Inseln, die sich sehr schnell bewegen, ohne lange zu erodieren, und dies war das System, das dazu führte, dass Menschen die Evolution entdeckten“, bemerkt Royden. „In gewissem Sinne hat dieser Prozess den Menschen die Bühne geschaffen, um herauszufinden, worum es in der Evolution ging, indem er es in diesem Mikrokosmos tat. Wenn es diesen Prozess nicht gegeben hätte und die Galapagos nicht in dieser kurzen Verweilzeit gewesen wären, wer weiß, wie lange es gedauert hätte, bis die Leute es herausgefunden hätten.,“
Diese Forschung wurde teilweise von der NASA unterstützt.