Drobne minerały rewolucjonizują nasze rozumienie podręczników.
Wyspa Wielkanocna składa się z kilku wygasłych wulkanów. Najstarsze złoża lawy powstały około 2,5 miliona lat temu na szczycie płyty oceanicznej, niewiele starszej od samych wulkanów. W 2019 roku zespół geologów kubańskich i kolumbijskich udał się na Wyspę Wielkanocną, aby dokładnie datować wyspę wulkaniczną. W tym celu skorzystali ze sprawdzonego przepisu: datowania minerałów cyrkonu. Kiedy magma ochładza się, minerały te krystalizują. Zawierają trochę uranu, który w wyniku rozpadu radioaktywnego „zamienia się” w ołów.
Ponieważ wiemy, jak szybko zachodzi ten proces, możemy zmierzyć, jak dawno temu powstały te minerały. Dlatego zespół z kolumbijskiego Universidad de Los Andes, kierowany przez kubańską geolog Yamirkę Rojas-Agramonte, wyruszył na poszukiwanie tych minerałów. Rojas-Agramonte, obecnie pracujący na Uniwersytecie Christiana Albrechta w Kilonii, znalazł ich setki. Ale, co zaskakujące, nie tylko z okresu 2,5 miliona lat, ale także ze znacznie dalszej przeszłości, aż do 165 milionów lat temu. Jak to możliwe?
Płaszcz Ziemi
Analiza chemiczna cyrkonów wykazała, że ich skład był mniej więcej taki sam we wszystkich przypadkach. Zatem wszystkie musiały pochodzić z magmy o tym samym składzie, co dzisiejsze wulkany.
Jednak te wulkany nie mogły być aktywne przez 165 milionów lat, ponieważ płyta pod nimi nie jest nawet tak stara. Jedynym wyjaśnieniem jest zatem to, że starożytne minerały powstały u źródła wulkanizmu, w płaszczu Ziemi pod płytą, na długo przed powstaniem dzisiejszych wulkanów. To jednak postawiło zespół przed kolejną zagadką.
Wulkany hotspotowe i ich pochodzenie
Wulkany takie jak te na Wyspie Wielkanocnej to tak zwane „wulkany hotspot”. Są one powszechne na Oceanie Spokojnym; Hawaje są znanym przykładem. Tworzą się z dużych plam skalnych, które powoli wznoszą się z głębokiego płaszcza Ziemi – tak zwane pióropusze płaszcza.
Kiedy zbliżą się do podstawy płyt ziemskich, skały pióropusza, a także otaczającego płaszcza, topią się i tworzą wulkany. Naukowcy wiedzą od lat 60. XX wieku, że pióropusze płaszcza pozostają na miejscu przez bardzo długi czas, podczas gdy płyty ziemskie poruszają się po nich. Za każdym razem, gdy płyta przesuwa się nieco, pióropusz płaszcza wytwarza nowy wulkan.
To wyjaśnia rzędy wygasłych podwodnych wulkanów na Pacyfiku, z jednym lub kilkoma aktywnymi na końcu. Czy zespół znalazł dowody na to, że pióropusz płaszcza pod Wyspą Wielkanocną był aktywny od 165 milionów lat?
Strefy subdukcji
Aby odpowiedzieć na to pytanie, Rojas-Agramonte potrzebowała dowodów z geologii „Pierścienia Ognia”, obszaru wokół oceanu, na którym występuje wiele trzęsień ziemi i wulkanów, gdzie płyty oceaniczne zanurzają się („subdukt”) w płaszczu Ziemi. Skontaktowała się więc z geologiem z Utrechtu Douwe van Hinsbergenem.
„Trudność polega na tym, że płyty sprzed 165 milionów lat już dawno zniknęły w tych strefach subdukcji” – mówi Van Hinsbergen, który szczegółowo zrekonstruował zaginione fragmenty. Kiedy do rekonstrukcji na terenie dzisiejszej Wyspy Wielkanocnej 165 milionów lat temu dodał duży płaskowyż wulkaniczny, okazało się, że płaskowyż ten musiał zniknąć pod Półwyspem Antarktycznym około 110 milionów lat temu.
„I tak się złożyło, że zbiegło się to ze słabo poznaną fazą budowania gór i deformacji skorupy dokładnie w tym miejscu. To pasmo górskie, którego ślady są wciąż wyraźnie widoczne, może równie dobrze być efektem subdukcji płaskowyżu wulkanicznego, który powstał 165 milionów lat temu”.
Jego rekonstrukcja wykazała zatem, że pióropusz płaszcza Wyspy Wielkanocnej mógł równie dobrze być aktywny przez tak długi czas. To rozwiązałoby geologiczną zagadkę Wyspy Wielkanocnej: starożytne minerały cyrkonowe byłyby pozostałością wcześniejszych magm, które zostały wyniesione na powierzchnię z głębi ziemi, wraz z młodszymi magmami podczas erupcji wulkanów.
Niespójności
Ale wtedy pojawia się inny problem. Klasyczną „teorię przenośnika taśmowego” już trudno było pogodzić z obserwacją, że pióropusze płaszcza pozostają na miejscu, podczas gdy wszystko wokół nich nadal się porusza.
Van Hinsbergen: „Ludzie wyjaśniali to, mówiąc, że pióropusze unoszą się tak szybko, że nie ma na nie wpływu płaszcz poruszający się wraz z płytami. A ten nowy materiał w postaci pióropusza jest stale dostarczany pod płytę, tworząc nowe wulkany”. Ale w takim przypadku stare kawałki pióropusza ze starymi cyrkoniami powinny zostać uniesione przez prądy płaszczowe z dala od lokalizacji Wyspy Wielkanocnej i nie mogłyby teraz znajdować się na powierzchni. „Wyciągamy z tego wniosek, że te starożytne minerały mogłyby zostać zachowane tylko wtedy, gdyby płaszcz otaczający pióropusz był w zasadzie tak nieruchomy jak sam pióropusz”.
Odkrycie starożytnych minerałów na Wyspie Wielkanocnej sugeruje zatem, że płaszcz Ziemi zachowuje się zasadniczo inaczej i porusza się znacznie wolniej, niż zawsze zakładano; możliwość, że zarówno Rojas-Agramonte, jak i Van Hinsbergen i ich zespoły uniesiony kilka lat temu w badaniach na Wyspach Galapagos i Nowej Gwinei, a dla których Wyspa Wielkanocna dostarcza obecnie nowych wskazówek.
Odniesienie: „Ksenokryształy cyrkonu z Wyspy Wielkanocnej (Rapa Nui) ujawniają aktywność gorących punktów od połowy jurajski”: Yamirka Rojas-Agramonte, Natalia Pardo, Douwe JJ van Hinsbergen, Christian Winter, María Paula Marroquín-Gómez, Shoujie Liu, Axel Gerdes, Richard Albert, Shitou Wu i Antonio Garcia-Casco, 29 listopada 2023 r., Otwarte archiwum ESS.
DOI: 10.22541/au.170129661.17646127/v1
