Óriási föld alatti fához hasonlító köpenycsóvák táplálják a világ vulkánjait

Réunion szigete, Franciaország három tengerentúli megyéjének egyike a világ egyik legcsodálatosabb turistaparadicsoma. Az Indiai-óceán nyugati részén, Madagaszkártól mintegy 700 km-re délkeletre fekvő sziget hajdan kalózairól volt hirhedt, később itt talált ihletet a nagy szimbolista költő, Charles Baudelaire korszakalkotó kötetéhez, a Romlás virágaihoz, és ma is lenyűgöző a sziget növény- és állatvilága.

Ugyanakkor különleges geológiai adottságairól is nevezetes: Réunion a Föld egyik köpenycsóváján ül. Ez nem más, mint egy rendkívül magas hőfokú szikla, amely a földköpeny mély rétegeiből indul, és felizzítja a tektonikus lemezek alapjait. Ennek köszönhető, hogy Réunion két hatalmas vulkánjának egyike, a Piton de la Fournaise (szó szerint "a kemence csúcsa") a Föld egyik legaktívabb tűzhányója – írja a Quanta Magazine.

2012-ben geofizikusok és szeizmológusok készítették el a csóva térképét az Indiai-óceán fenekén elhelyezett óriási szeizmométer-hálózat segítésével. A kutatócsoport közel 10 éves munka után, az idén júniusban a Nature Geoscience-ben tette közzé felfedezését.

Amint ezek az ágak közelítenek a földkéreghez, kisebb, függőleges ágak sarjadnak belőlük. Ezek a szuperforró csóvák, amelyek alapul szolgálnak a felszíni vulkanikus forrpontoknak.

A Réunion alatti struktúra felfedezése előtt fél évvel ugyancsak ilyen csóvastruktúrákat találtak Afrika alatt. Ezek együtt azt sugallják, hogy a csóvák még egyedibbek lehetnek, és sokkal bonyolultabb hátterük lehet, mint azt a róluk készített korábbi modellek feltételezték.

Karin Sigloch, a tanulmány társszerzője szerint például előre lehet jelezni, hogy hol nyílnak meg az óceánok, és melyek azok a területek, amelyek pusztulásra vannak ítélve.

A lemeztektonika-elmélet már az 1960-as években széles körben elfogadottá vált. Eszerint, ahol a tektonikus lemezek összeütköznek, egymás fölé csúsznak, egymáshoz súrlódnak vagy eltávolodnak, ott zajlik a föld geológiai tüzijátékainak többsége.

1963-ban John Tuzo Wilson kanadai geofizikus felvetette, hogy vulkanikus láncok akkor alakulnak ki, amikor egy tektonikus lemez folyamatosan lebeg a köpeny egyik állandóan forró góca felett. A vulkánok kitörnek, növeksznek, majd elhalnak, amikor a lemez elhagyja a magmatikus forrást.

1971-ben aztán az amerikai William Jason Morgan kijelentette, hogy e forró gócokat a köpeny alsó részéből felfelé szálló rendkívül forró anyagból álló csóvák okozzák. A következő évtizedekben a kutatók megállapították, hogy a csóvák mintegy 200 C fokkal melegebbek az őket körülvevő köpenynél. Amikor elérik a tektonikus lemezek alját, hőjük magmává olvasztja környezetüket. Ugyancsak szállítanak felfelé köpenyanyagot a Föld mélyéből. Ez az anyag a magtól távolodva az enyhülő nyomás miatt szintén megolvad, további magmával táplálva a Föld kérgét. E kombinált magmahozam magyarázza a Föld lemezközi vulkánjainak nagy számát.

Fotó:Flickr

A köpenycsóvák létezésének számos bizonyítékát gyűjtötték össze. Kémiai bizonyíték például a hélium-3 izotóp, amely nagy mennyiségben fordul elő többek között a hawaii Kilauea vulkán lávájában. A hélium-3 ugyanis még Föld keletkezése idején ágyazódott be annak mélyére.

A szeizmikus hullámok is árulkodóak, amelyek a Föld belsején úsznak át, mielőtt a felszínre törnek. A geológiai testeknek, amelyeken áthaladnak, megváltozik a sebességük és az útvonaluk.

A földrengéskutatók felfedeztek két nagy anyaghalmazt – az egyiket Afrika, a másikat a Csendes-óceán alatt – amelyek meglovagolják a köpeny és a mag közti határt. A mély szeizmikus hullámok ezekben szintén lelassulnak, és ez arra utal, hogy e halmazok forró kolosszusok, amelyek együttesen befedik a köpeny és mag határsávjának 30%-át. A két halmaz eredetéről számtalan feltételezés van, egyesek szerint kihunyt tektonikus lemeztöredékek, mások szerint pedig a Theia protoplanéta maradványai, amely összeütközött a még újszülött Földdel és létrehozta a Holdat. Saskia Goes, a londoni Imperial College geofizikusa szerint a Föld köpenycsóváinak többsége az óriás halmazok egyikében gyökerezik.

Ahhoz, hogy a tudósok megalkossák egy csóva képét az alapjától a Föld felszínéig, rengeteg szeizmométert kell szétszórni egy hatalmas területen, hogy a lehető legtöbb szeizmikus hullámot tudják befogni és ezzel a köpeny egy jelentős darabját átláthassák. 2012-ben az Indiai-óceán nyugati részén 57 szeizmométert helyeztek el a tengerfenéken, egy 2000 km2-es résben. Ezt erősítették meg 37 szárazföldi földrengésjelző állomással Madagaszkáron és több kisebb szigeten.

A 13 hónapig tartó megfigyelés célja a réunioni csóva, az elmúlt 100 millió év legjelentősebb tűzkútjának tetten érése volt. A kutatók megdöbbenve látták, hogy a Réunion alatti vékony, függőleges csóva egyszerűen eltűnik az alsó köpenyben.

Azt is megállapították azonban, hogy a felszín alatt 2900 kilométerre lévő afrikai óriás halmaz közepéből egy „fatörzs” emelkedik ki, amely 1500 km mélységig ér el. Onnan ágak nőnek átlós irányban, amíg el nem érik az 1000-800 km-es mélységet. Innentől kezdve az ágak már vékony, függőleges hajtásokat hoztak. E vékony hajtások egyike éri el Réunion alsó részét.

Innen 3000 km-re északnyugatra egy másik átlós ág Kelet-Afrika felé nyúlik, ahol vélhetően egy másik, vagy akár két köpenycsóva létezik.

Csakhogy ezt a struktúrát nehéz volt összeegyeztetni a termodinamika törvényeivel. A forrásban lévő csóvák, amelyek tízszer olyan gyorsan mozognak, mint a köpenyen belül bármi más, beleértve a lemezeket, egyenesen felfelé törnek. A fa struktúrája azt bizonyítja, hogy a köpenyben egy sokkal összetettebb folyamat megy végbe. A kutatók elképzelése szerint az afrikai halmazt, benne a fatörzset és annak csúcsát, a Föld magja hevíti.

Mindezekkel az adatokkal a kutatócsoportnak sikerült megismernie a köpeny egész keresztmetszetét a legnagyobb mélységektől a legfelsőbb szintjéig. Modelljük bemutatja, hogy a fa miként ágazik szerteszét a magból.

Ha a modell elméletileg helyes, abból egyfelől az következik, hogy a Föld köpenycsóvái nem csupán felfelé áramlanak, másfelől pedig az, hogy a két óriás halmaz kulcsszerepet töltött be a Föld történetében, és ez így lesz a jövőben is. Egyes tudósok gyanítják, hogy az afrikai halmazból kinőtt csóvák törték darabokra az elmúlt 120 millió év alatt a hajdani Gondwana szuperkontinenst. Ausztráliát leválasztották Indiától és az Antarktiszról, Madagaszkárt Afrikától, a Seychelles mikrokontinenst Indiától, és ebből a pusztításból jött létre az Indiai-óceán.

Ha a Kelet-Afrika alatti csóvák így folytatják, akkor ez a régió leszakadhat az afrikai földrésztől és mikrokontinensként lebeghet tovább a Föld legfiatalabb óceánjában.

Ezért is fontos tisztában lenne e csóvák helyzetével és tevékenységével. Ugyanakkor kulcsfontosságú elemei a lemeztektonika folyamatos ciklusainak, amelyek által kiszámíthatatlanul tör a felszínre, vagy tűnik el a szén és a víz. Ez tette lehetővé, hogy egy élhető bolygónk van lélegezhető atmoszférával és kiterjedt óceánokkal. Tehát földi paradicsomunk végsősoron a mélység behemótjainak köszönhető.