Wiemy, że ziemia, po której chodzimy, jest zrobiona z litej skały (chyba że zdarzy nam się zawędrować na skrawek ruchliwych piasków…). Ale co z warstwami Ziemi znajdującymi się nieco głębiej pod naszymi stopami?
Wnętrze Ziemi składa się z kilku warstw. Powierzchnia planety, na której żyjemy, nazywana jest skorupą ziemską – w rzeczywistości jest to bardzo cienka warstwa, o głębokości zaledwie 70 kilometrów w najgrubszym miejscu. Skorupa i znajdująca się pod nią litosfera (skorupa plus górna warstwa płaszcza) składają się z kilku „płyt tektonicznych”. Przesuwają się one powoli po powierzchni planety, a większość ziemskich wulkanów i trzęsień ziemi występuje na granicach między płytami tektonicznymi.
Głęboko w środku planety znajduje się „jądro wewnętrzne”, które, jak sądzimy, wykonane jest z litego żelaza i niklu. Jest ono otoczone przez „jądro zewnętrzne”, które również jest wykonane z żelaza i niklu, ale jest stopione. Prądy konwekcyjne w jądrze zewnętrznym tworzą ziemskie pole magnetyczne.
A pomiędzy jądrem zewnętrznym a skorupą ziemską znajduje się płaszcz, który przy grubości około 2900 kilometrów stanowi większą część (około 84 procent objętości) planety. Przenosząc wewnętrzne ciepło Ziemi na powierzchnię, konwekcyjny płaszcz pełznie jak smoła w upalny dzień. To obracanie się jest „motorem” napędzającym naszą dynamiczną Ziemię – to właśnie ono sprawia, że geologia naszej planety jest tak interesująca, ponieważ umożliwia ruch płyt tektonicznych. Bez tego nie mielibyśmy wulkanów, trzęsień ziemi … i właściwie Ziemia nie byłaby w stanie utrzymać życia.
Tajemnice dynamiki płaszcza są tym, co laureat Medalu Australian Academy of Science 2018 Anton Hales Medal, dr Rhodri Davies, spędza swój czas na badaniu.
Używa zaawansowanych narzędzi obliczeniowych do opracowywania modeli dynamiki płaszcza, pomagając nam zrozumieć zachowanie płaszcza i to, jak wpływa on na powierzchnię Ziemi. Modele te łączą wielkoskalowe geofizyczne i geochemiczne zbiory danych z wiedzą o tym, jak poszczególne minerały zachowują się w określonych warunkach temperatury i ciśnienia, aby rzucić światło na strukturę płaszcza, zapewnić ograniczenia dotyczące przepływu płaszcza i pokazać, jak ten przepływ napędza wulkanizm i inne cechy na powierzchni.
Wiemy, że większość wulkanów na Ziemi leży na granicach płyt tektonicznych, gdzie płyty:
- odsuwają się od siebie, jak to ma obecnie miejsce między Australią a Antarktydą
- przesuwają się ku sobie, przy czym jedna z nich wsuwa się z powrotem do leżącego u jej podłoża płaszcza, jak to ma miejsce na północnej krawędzi australijskiej płyty tektonicznej pod Papuą Nową Gwineą i Indonezją
- przesuwają się obok siebie, co ma miejsce na niesławnym uskoku San Andreas w Kalifornii.
Niektóre wulkany, jednakże, leżą wewnątrz płyt tektonicznych, z dala od tych procesów granicznych. Są one nazywane wulkanami wewnątrzpłytowymi. Wiele z nich jest spowodowanych przez pióropusze płaszcza – regiony gorących skał, które płyną w górę od granicy jądro-m płaszcz w kierunku powierzchni Ziemi. W ten sposób niosą one stopiony materiał skalny zawierający wiadomość z głębokiego płaszcza Ziemi; wiadomość, którą praca dr Daviesa pozwala nam rozszyfrować. Pomogło to ugruntować teorie dotyczące procesów, które tworzą wewnątrzpłytowe łańcuchy wysp wulkanicznych.
Na przykład, połączył on obserwacje z kilku dziedzin, aby pokazać, że łańcuchy wulkaniczne w Australii utworzyły się, gdy australijska płyta tektoniczna dryfowała na północ nad kilkoma pióropuszami płaszcza. Spowodowało to powstanie ciągu wulkanów, które przecinają kontynent z północy na południe, a powstały między 34 a 9 milionami lat temu. Wierzcie lub nie, ale obecnie tektonicznie senny kontynent australijski mieści jeden z najbardziej rozległych na świecie wewnątrzpłytowych regionów wulkanicznych, z erupcjami na stałym lądzie tak niedawno, jak około 5000 lat temu.
Uważa się, że archipelag hawajski powstał w wyniku podobnego procesu. Hawaje leżą na południowo-wschodnim krańcu łańcucha wulkanów i podwodnych wzniesień, które stopniowo starzeją się w kierunku północno-zachodnim. Łańcuch ten dzieli się na dwie części na wyspie Oahu, a Davies i jego grupa odkryli ostatnio, że podział ten nastąpił w wyniku zmiany kierunku Płyty Pacyficznej, około trzech milionów lat temu.
Włączenie wszystkich tych czynników do tworzenia modeli sposobu zachowania się płaszcza poprawia nasze zrozumienie sposobu działania naszej planety. Pomaga nam to wyjaśnić procesy, które skutkują unikalną i spektakularną geologią Ziemi i pozwala lepiej zrozumieć ewolucję planety od momentu jej uformowania się ponad 4,5 miliarda lat temu.
.