Najnowsze analizy sugerują, że ta hawajska struktura nie jest miękką, częściowo stopioną masą, jak często zakładano, lecz w dużej mierze stałym materiałem wyjątkowo bogatym w żelazo. To ważna różnica, bo zmienia sposób, w jaki tłumaczy się długowieczny wulkanizm w tym regionie.
Jak sejsmolodzy widzą wnętrze Ziemi?
Wnętrze planety bada się podobnie jak organizm w tomografii, tylko zamiast promieniowania wykorzystuje się fale z trzęsień ziemi. Kiedy fale przechodzą przez różne warstwy, ich prędkość i kształt sygnału się zmieniają. Jeśli w głębi znajduje się obszar o innym składzie lub innych właściwościach fizycznych, fale potrafią wyraźnie zwolnić albo ulec ugięciu. Na tej podstawie tworzy się mapy anomalii w płaszczu.
Struktury pod Hawajami należą do grupy obiektów, w których spowolnienie jest szczególnie silne. To dlatego od lat budziły emocje: tak duża zmiana prędkości fal zwykle oznacza, że materiał w tym miejscu jest naprawdę nietypowy.
Przez długi czas najprostsza interpretacja była oczywista: fale zwalniają, bo materiał jest gorący i częściowo stopiony. Problem w tym, że podobny efekt może dać również zmiana składu. Jeśli skała zawiera więcej ciężkich pierwiastków, zwłaszcza żelaza, jej własności mechaniczne zmieniają się tak, że fale również biegną wolniej, mimo że materiał pozostaje stały.
Właśnie do takiego wniosku prowadzą nowe pomiary i modelowanie. Zamiast obrazu rozmiękczonej strefy pojawia się obraz gęstej, stałej bryły o składzie wyraźnie innym niż otoczenie. Dla geologów to bardzo atrakcyjny scenariusz, bo tłumaczy, dlaczego struktura może być stabilna przez ogromne okresy czasu, a nie zachowywać się jak coś, co powinno się mieszać i rozpływać.
Co to ma wspólnego z wulkanami Hawajów?
Hawaje są tzw. hotspotem, czyli miejscem, gdzie wulkanizm utrzymuje się długo i nie wynika bezpośrednio z granic płyt tektonicznych. Najczęściej tłumaczy się to pióropuszem płaszcza, czyli strumieniem gorętszego materiału unoszącego się z głębi ku powierzchni. Taki pióropusz potrzebuje jednak czegoś, co pomaga mu trzymać się jednego rejonu zamiast rozpraszać się w konwekcji płaszcza.
Jeśli u podstawy płaszcza leży duża, gęsta bryła bogata w żelazo, może ona wpływać na przepływ ciepła i materii w tej strefie. Mówiąc prościej: może sprzyjać temu, żeby pióropusz miał stabilne źródło i przez bardzo długi czas wznosił się mniej więcej z tego samego miejsca. To jeden z powodów, dla których nowe wyniki są tak ciekawe: zamiast patrzeć na hawajski wulkanizm jak na fenomen przy powierzchni, pokazują go jako efekt procesów zaczynających się na samej granicy jądra.
To nie jest tylko historia o Hawajach. Granica jądra i płaszcza coraz częściej wygląda jak strefa o skomplikowanej budowie, pełna dużych, trwałych struktur o innym składzie niż reszta płaszcza. Jeśli takich obiektów jest więcej, mogą one wpływać na to, gdzie na Ziemi powstają długowieczne hotspoty oraz jak planeta oddaje ciepło ze swojego wnętrza.
Jednocześnie to odkrycie porządkuje temat, a nie zamyka go definitywnie. Teraz najważniejsze będzie sprawdzenie, czy podobne żelazobogate struktury istnieją także w innych miejscach oraz jak często spowolnienie fal oznacza stopienie, a jak często oznacza po prostu inny skład.