rsz_hawaii

We moeten de aardrijkskundeboeken herschrijven: vulkanen werken anders dan gedacht. Nieuw onderzoek rekent af met de boeken die stellen dat een vulkaan uitbarst als een smalle stroom magma van diep uit de aarde naar boven klautert.

Je hebt ze ongetwijfeld wel eens gezien: schematisch plaatjes van een vulkaan die uitbarst. Vaak laten ze een berg zien met diep daaronder een reservoir vol magma. Het magma kruipt door een smalle tunnel diep uit de aarde omhoog en het magma stroomt over de helling van de vulkaan heen. Een helder plaatje. Maar er klopt niets van. Dat stellen onderzoekers.

Mantelpluimen
De dunne straaltjes magma die je in de aardrijkskundeboeken tegenkomt, worden door geologen ‘mantelpluimen’ genoemd. Geologen vermoeden dat hitte van de aardkern op de één of andere manier de smalle jets warme magma genereert, die vervolgens door de mantel en het aardoppervlak heen breken. De jets doen dienst als ‘pijpleidingen’ die hitte – afkomstig van de kern – verplaatsen. Hoe deze mantelpluimen precies ontstaan, bleef onduidelijk. Maar de meeste geologen namen aan dat ze bestonden en hun oorsprong vonden op de plaats waar de aardkern de aardmantel ontmoet: op ongeveer 3000 kilometer diepte. De jets zouden nooit meer dan 300 kilometer breed kunnen zijn en wanneer ze aan het oppervlak komen hotspots produceren.

Hotspot
Een hotspot is een plek waar de aardkorst dun is. Lang namen onderzoekers aan dat de aardkorst er dun werd doordat een mantelpluim warmte naar de aardkorst verplaatst, waardoor de korst onderaan smelt. Op plekken waar de aardkorst dun is, kan magma gemakkelijker door de korst heen breken en zich verzamelen in een reservoir: de magmakamer. Als de druk in dat reservoir te groot wordt, kan er een eruptie plaatsvinden. Hoewel het bovenste deel van de mantel vloeibaar te noemen is, is de laag helemaal bovenaan van steen. Die laag is opgebroken in platen die bewegen. Zo’n plaat zou over de mantelpluimen heen bewegen, waardoor een ketting aan vulkanen of eilandje kan ontstaan, een mooi voorbeeld is de rij eilanden die de staat Hawaii vormen (zie afbeelding hierboven).

Bestaan niet
Jarenlang hebben onderzoekers gezocht naar overtuigend bewijs voor het bestaan van deze mantelpluimen. Zonder succes. Wetenschappers stelden dan vaak dat de smalle jets simpelweg te smal waren om waar te nemen. Maar nieuw onderzoek komt met een andere verklaring: de smalle jets bestaan simpelweg niet. Onderzoekers trekken die conclusie nadat ze gegevens van seismische stations die zich dicht bij elkaar bevinden, verzamelden en analyseerden. De gegevens suggereren dat smalle jets niet bestaan. In plaats daarvan is er sprake van grote, trage, omhoogbewegende stukken mantel die soms wel 1000 kilometer breed zijn.

De lavalamp
Volgens de mantelpluim-theorie wordt de hitte die de jets naar boven brengen gecompenseerd door de tragere naar beneden bewegende afgekoelde stukken mantel. Het is volgens de onderzoekers te vergelijken met een lavalamp waarin was beneden verwarmd wordt, opstijgt, afkoelt en weer daalt. Maar de vergelijking loopt op één punt mis: de lavalamp heeft elektriciteit nodig. En dat is een externe energiebron die een geïsoleerde planeet als de aarde niet heeft. Volgens dit nieuwe onderzoek gebeurt in werkelijkheid dan ook precies het omgekeerde. In plaats van smalle jets is er sprake van grote hoeveelheden stijgend materiaal die juist in balans worden gehouden door smalle kanalen van dalend materiaal. Wat deze beweging gaande houdt? Niet de hitte van de kern, maar afkoeling aan het oppervlak van de aarde. Wanneer materiaal in de aardkorst afkoelt, daalt het en verplaatst het materiaal dieper in de mantel: dat materiaal wordt naar boven gedwongen.

Nieuw
“Wat nieuw is, is ongelofelijk simpel: opwellingen in de mantel die duizenden kilometers breed zijn,” vertelt Don Anderson. De totstandkoming van vulkanen is vervolgens het resultaat van platentektoniek. Magma – dat een kleinere dichtheid heeft dan de omringende mantel – stijgt op tot het de onderkant van de platen of breuken in de platen bereikt. Als de druk te groot wordt, kan de magma door het oppervlak dringen.

Maar wat betekent dat nu heel concreet? Nou, het betekent dat magma dat aan het oppervlak komt niet afkomstig is van duizenden kilometers diep – zoals de mantelpluim-theorie suggereert – maar in plaats daarvan uit de bovenste 200 kilometer van de mantel afkomstig is. Het betekent tevens dat niet hitte van de kern, maar afkoeling aan het oppervlak van de aarde de drijvende kracht achter de processen in het binnenste van de aarde is. Deze afkoeling en de platentektoniek zijn de drijvende kracht achter mantelconvectie, de afkoeling van de kern en het magnetische veld van de aarde. Vulkanen en scheuren in platen zijn slechts ‘bijwerkingen’ daarvan.