Voor het eerst hebben wetenschappers bewijs dat een laag diep onder het aardoppervlak vulkanen kan creëren.
De laag, bekend als de overgangszone, schuilt in de aardmantel tussen 250 en 400 mijl (400 tot 640 kilometer) onder de korst. Deze zone is rijk aan water, kristallen en gesmolten gesteente.
Uit de studie bleek dat deze superhete materialen naar de oppervlakte kunnen sijpelen om vulkanen te vormen.
Wetenschappers weten al lang dat vulkanen opduiken wanneer tektonische platen bovenop de aardmantel samenkomen of wanneer mantelpluimen hotspots vormen op de aardkorst, net zoals puistjes op het gezicht van een persoon losbarsten. Maar tot nu toe wisten wetenschappers niet dat de overgangszone - een regio ingeklemd tussen de bovenste en onderste mantel - erbij betrokken was, aldus de onderzoekers.
'We hebben een nieuwe manier gevonden om vulkanen te maken', zegt senior onderzoeker Esteban Gazel, universitair hoofddocent bij de afdeling Aard- en Atmosferische Wetenschappen van de Cornell University, in een verklaring. 'Dit is de eerste keer dat we vanuit de overgangszone diep in de aardmantel een duidelijke aanwijzing hebben gevonden dat vulkanen zich op deze manier kunnen vormen.'
De wetenschappers deden de ontdekking door een kernmonster van 2.600 voet (790 meter) te bestuderen dat in 1972 in Bermuda werd geboord. Deze kern is nu ondergebracht bij de Dalhousie University in Nova Scotia, waar hij werd onderzocht door co-auteur Sarah Mazza, een onderzoeker van planetologie aan de Universiteit van Münster in Duitsland.
Ze verwachtte dat de kern zou laten zien dat de vulkaan die Bermuda heeft gemaakt, is ontstaan uit een mantelpluim, en zo is Hawaii gevormd. Maar bij het analyseren van de kenmerkende isotopen van de kern, of versies van elementen; water inhoud; en andere verbindingen, ze vond iets heel anders.
Het lijkt erop dat deze specifieke plek in het overgangsgebied - diep onder de Atlantische Oceaan gelegen - gedeeltelijk is ontstaan door subductie-gebeurtenissen tijdens de vorming van het supercontinent Pangaea. Ongeveer 30 miljoen jaar geleden leidde een verstoring in de overgangszone, waarschijnlijk gerelateerd aan de mantelstroom, magma uit de zone naar het aardoppervlak te laten stromen, ontdekten Mazza en haar collega's. Dit stijgende magma vormde op zijn beurt de nu slapende vulkaan onder de Atlantische Oceaan die Bermuda maakte.
"Ik vermoedde voor het eerst dat het vulkanische verleden van Bermuda bijzonder was toen ik de kern proefde en de diverse texturen en mineralogie die in de verschillende lavastromen bewaard zijn gebleven opmerkte", zei Mazza in de verklaring. "We bevestigden snel extreme verrijkingen in composities van sporenelementen. Het was spannend om onze eerste resultaten te bespreken ... de mysteries van Bermuda begonnen zich te ontvouwen."
Kern raadsel
Bij het bestuderen van de kern vonden Mazza en haar collega's geochemische handtekeningen die overeenkwamen met die uit de overgangszone. Deze aanwijzingen omvatten grotere hoeveelheden kristalomhuld water in vergelijking met subductiezones of gebieden waar de ene tektonische plaat onder de andere duikt, zei ze.
Er is zoveel water in de overgangszone dat het minstens drie oceanen kan vormen, zei Gazel. Maar in plaats van het zeeleven te ondersteunen zoals water boven de korst, helpt het water in de overgangszone rotsen te laten smelten.
Nu onderzoekers weten dat verstoringen in de overgangszone kunnen leiden tot het ontstaan van vulkanen, zullen ze waarschijnlijk meer gevallen van dit geologische fenomeen op aarde vinden, aldus de wetenschappers.
'Met dit werk kunnen we aantonen dat de overgangszone van de aarde een extreem chemisch reservoir is', zei Gazel. 'We beginnen nu pas het belang ervan te erkennen in termen van wereldwijde geodynamica en zelfs vulkanisme.'
