Vi ved, at den jord, vi går på, er lavet af solid sten (medmindre vi tilfældigvis kommer ud i kviksand…). Men hvad med de lag af jorden, der ligger lidt dybere under vores fødder?
Jorden består af flere lag. Planetens overflade, hvor vi bor, kaldes skorpen – det er faktisk et meget tyndt lag, der kun er 70 kilometer dybt på det tykkeste sted. Skorpen og lithosfæren nedenunder (skorpen plus den øverste kappe) består af flere “tektoniske plader”. Disse bevæger sig langsomt hen over planetens overflade, og de fleste af Jordens vulkaner og jordskælv opstår ved grænserne mellem de tektoniske plader.
Dybt i midten af planeten ligger den “indre kerne”, som vi tror er lavet af fast jern og nikkel. Den er omgivet af den ‘ydre kerne’, som også er lavet af jern og nikkel, men som er smeltet. Konvektionsstrømme i den ydre kerne skaber Jordens magnetfelt.
Og mellem den ydre kerne og skorpen ligger kappen, som med en tykkelse på ca. 2.900 kilometer udgør størstedelen (ca. 84 volumenprocent) af planeten. Den konvekterende kappe transporterer Jordens indre varme til overfladen og kryber som tjære på en varm dag. Denne omvæltning er den “motor”, der driver vores dynamiske Jord – det er det, der gør planetens geologi så interessant, da den muliggør bevægelsen af tektoniske plader. Uden den ville vi ikke have vulkaner, jordskælv … og faktisk ville Jorden ikke være i stand til at opretholde liv.
Mangeldynamikkens mysterier er det, som vinderen af Anton Hales-medaljen fra Australian Academy of Science 2018, Dr. Rhodri Davies, bruger sin tid på at undersøge.
Han bruger avancerede computerværktøjer til at udvikle modeller for dynamikken i kappen og hjælper os med at forstå kappens adfærd, og hvordan den påvirker Jordens overflade. Disse modeller kombinerer store geofysiske og geokemiske datasæt med viden om, hvordan de enkelte mineraler opfører sig under bestemte temperatur- og trykforhold for at kaste lys over kappens struktur, give begrænsninger for, hvordan kappen flyder, og vise, hvordan denne strømning driver vulkanisme og andre træk ved overfladen.
Vi ved, at de fleste af Jordens vulkaner ligger ved tektoniske pladegrænser, hvor plader:
- bevæger sig fra hinanden, som det i øjeblikket sker mellem Australien og Antarktis
- bevæger sig mod hinanden, hvor den ene glider tilbage i den underliggende kappe, som ved den nordlige kant af Australiens tektoniske plade under Papua Ny Guinea og Indonesien
- glider forbi hinanden, som det sker ved den berygtede San Andreas-forkastning i Californien.
Nogle vulkaner ligger imidlertid inden for tektoniske plader, langt væk fra disse grænseprocesser. Disse kaldes intrapladevulkaner. Mange af disse er forårsaget af kappeplumes – regioner af varm sten, der strømmer opad fra Jordens kerne-mantel-grænse mod dens overflade. De transporterer derved smeltet klippemateriale, der indeholder et budskab fra Jordens dybe kappe, et budskab, som Dr. Davies’ arbejde giver os mulighed for at tyde. Det har været med til at styrke teorierne om de processer, der skaber vulkanske økæder inden for pladen.
For eksempel har han kombineret observationer fra flere områder for at vise, at vulkankæderne i Australien blev dannet, da den australske tektoniske plade drev mod nord over flere kappeplumper. Dette resulterede i en kæde af vulkaner, der krydser kontinentet fra nord til syd, og som blev dannet for mellem 34 og 9 millioner år siden. Tro det eller ej, men det nu tektonisk sovende australske kontinent rummer et af verdens mest omfattende vulkanske områder inden for pladen, med udbrud på fastlandet så sent som for ca. 5.000 år siden.
Det menes, at Hawaii-arkipelaget er dannet via en lignende proces. Hawaii ligger ved den sydøstlige grænse af en kæde af vulkaner og undersøiske seamounts, som bliver gradvist ældre mod nordvest. Denne kæde deler sig i to ved øen Oahu, og Davies og hans gruppe fandt for nylig ud af, at denne deling skete på grund af et skift i Stillehavspladens retning for ca. tre millioner år siden.
Indarbejdelsen af alle disse faktorer for at skabe modeller af den måde, som kappen opfører sig på, forbedrer vores forståelse af den måde, som vores planet fungerer på. Det hjælper os med at forklare de processer, der resulterer i Jordens unikke og spektakulære geologi, og giver os mulighed for bedre at forstå planetens udvikling siden dens dannelse for mere end 4,5 milliarder år siden.