Σύνδεση επιφανειακού ηφαιστειακού συστήματος με διεργασίες βαθιάς μανδύας
Αν και το μεγαλύτερο μέρος του ηφαιστειακού ηφαιστείου στη Γη βρίσκεται στα όρια των πλακών και προκαλείται από ρηχές διεργασίες του μανδύα, ορισμένα επιφανειακά ηφαίστεια (π.χ. Χαβάη) εμφανίζονται πολύ μακριά από τα όρια των πλακών. Έχει προταθεί ότι ο σχηματισμός του ενδοπλακικού ηφαιστείου σχετίζεται περισσότερο με διεργασίες στο βαθύτερο μέρος του μανδύα της Γης.
Ο μανδύας της Γης αποτελείται από συμπαγή πετρώματα. Ωστόσο, τα πετρώματα παραμορφώνονται και μετακινούνται, σε γεωλογική χρονική κλίμακα. Ο πυρήνας της Γης είναι αρκετά ζεστός για να θερμάνει τα πετρώματα κοντά στο όριο πυρήνα-μανδύα και η πυκνότητα των θερμαινόμενων πετρωμάτων μειώνεται λόγω της θερμικής διαστολής. Κατά συνέπεια, οι θερμοί και λιγότερο πυκνοί βράχοι μπορούν να μετακινηθούν από το βαθύτερο μέρος του μανδύα κοντά στην επιφάνεια. Αυτοί οι θερμοί και λιγότερο πυκνοί βράχοι που υψώνονται από το βαθύ μανδύα κοντά στην επιφάνεια ονομάζονται συχνά «λοφία μανδύα».
Όταν τα λοφία του μανδύα φτάνουν κοντά στην επιφάνεια, μερικές φορές προκαλούν εκτεταμένη τήξη και προκαλούν επιφανειακά ηφαίστεια ακόμη και μέσα στην πλάκα. Οι μεγάλες πυριγενείς επαρχίες, ή LIP, που είναι περιοχές με εξαιρετικά μεγάλες συσσωρεύσεις ηφαιστειακών πετρωμάτων, πιστεύεται ότι προκαλούνται από μεγάλα λοφία. Τα γεγονότα του LIP παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες, καθώς συχνά συνοδεύονται από την απελευθέρωση πολλών αερίων στην ατμόσφαιρα, η οποία θα μπορούσε να αλλάξει σημαντικά το κλίμα και μπορεί να ευθύνεται για μαζικές εξαφανίσεις.
Ωστόσο, το ερώτημα είναι τι ελέγχει τη θέση των LIP. Οι σεισμικές παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι υπάρχουν δύο μεγάλες σταγόνες στο χαμηλότερο μανδύα κάτω από τον Ειρηνικό και την Αφρική, οι οποίες έχουν σημαντικά χαμηλές σεισμικές ταχύτητες. Αυτές οι δύο μεγάλες σταγόνες ονομάζονται «μεγάλες επαρχίες χαμηλής ταχύτητας διάτμησης» ή LLSVP. Τα LLSVPs πιστεύεται ότι είναι πιο ζεστά από το περιβάλλον τους και μπορεί να είναι η πηγή της θέσης των λοφίων του μανδύα που προκαλούν τα LIP. Είναι ενδιαφέρον ότι προηγούμενες μελέτες έχουν βρει ότι οι αρχικές θέσεις έκρηξης των LIPs εμφανίζονται κατά προτίμηση πάνω από τις άκρες των LLSVPs. Με άλλα λόγια, τα λοφία του μανδύα εμφανίζονται κατά προτίμηση κοντά στις άκρες των LLSVP. Τότε, το ερώτημα είναι:γιατί συμβαίνει αυτό;
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Earth and Planetary Science Letters , πραγματοποιήσαμε αριθμητικές προσομοιώσεις και θεωρητική ανάλυση για να απαντήσουμε τι ελέγχει τη θέση πηγής των λοφίων του μανδύα. Ακολουθούμε τους βασικούς νόμους της φυσικής διατήρησης της μάζας, διατήρησης της ορμής και διατήρησης της ενέργειας και λύνουμε διαφορικές εξισώσεις χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστές. Μοντελοποιούμε τη δυναμική ολόκληρου του μανδύα της Γης. Τα αριθμητικά μας πειράματα δείχνουν ότι η θέση πηγής των λοφίων του μανδύα ελέγχεται από τις φυσικές ιδιότητες του κατώτερου μανδύα, όπως το ιξώδες, η θερμική διαστολή και η θερμική διάχυση. Όταν χρησιμοποιούμε τιμές που μοιάζουν με τη Γη για αυτές τις παραμέτρους φυσικής, διαπιστώσαμε ότι ισχυρά λοφία μανδύα εμφανίζονται κατά προτίμηση στις/κοντά στις άκρες των LLSVP. Τα αποτελέσματά μας ταιριάζουν με τις προβλέψεις της κλασικής θεωρίας της αστάθειας του θερμικού οριακού στρώματος.
Η θεωρία του θερμικού οριακού στρώματος προβλέπει ότι οι θερμικές αστάθειες (π.χ. λοφία μανδύα) σχηματίζονται όταν το θερμικό οριακό στρώμα φτάσει σε ένα κρίσιμο πάχος. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα υλικά εκτός των LLSVP προσάγονται από τη ροή του μανδύα προς τις άκρες των LLSVP και το πάχος του θερμικού οριακού στρώματος αυξάνεται προς τις άκρες του LLSVP. Κάτω από την τρέχουσα κατάσταση που μοιάζει με τη Γη, το θερμικό οριακό στρώμα είναι δύσκολο να γίνει αρκετά παχύ ώστε να αναπτύξει λοφία πριν φτάσει στα άκρα LLSVP. Κατά συνέπεια, ισχυρά λοφία μανδύα εμφανίζονται κατά προτίμηση στις/κοντά στις άκρες LLSVP.
Αυτή η μελέτη, Η θέση πηγής των λοφίων μανδύα από τρισδιάστατα σφαιρικά μοντέλα μεταφοράς μανδύα, δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Earth and Planetary Science Letters.
