Diepe warmte onder de VS gelinkt aan oude breuk met Groenland

Onderzoek onthult verborgen hitte onder de Appalachen

Volgens nieuw onderzoek, geleid door de Universiteit van Southampton, kan een groot gebied van ongewoon hete rotsen diep onder de Appalachen in de Verenigde Staten verband houden met de splitsing van Groenland en Noord-Amerika 80 miljoen jaar geleden.

De wetenschappers stellen dat deze hitte niet, zoals lange tijd werd aangenomen, het resultaat is van plaattektonische bewegingen die ervoor zorgden dat het continent Noord-Amerika 180 miljoen jaar geleden van Noordwest-Afrika afbrak.

De hete zone, de Northern Appalachian Anomaly (NAA), is een 350 kilometer brede regio van anomale hete rots die zich ongeveer 200 kilometer onder de Appalachen in New England bevindt. Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Geology, suggereert dat de NAA zich eigenlijk ongeveer 1.800 kilometer van de huidige locatie ontwikkelde, toen de aardkorst begon te breken nabij de Labradorzee tussen Canada en Groenland.

Door de tijd heen heeft dit gebied van hete, onstabiele rots diep onder het aardoppervlak zich langzaam verplaatst naar waar het zich nu bevindt, met een snelheid van ongeveer 20 kilometer per miljoen jaar.

Tom Gernon, hoofdauteur van de studie en professor in de aardwetenschappen aan de Universiteit van Southampton, zei: “Deze thermische opwelling is al lange tijd een raadselachtig kenmerk van de Noord-Amerikaanse geologie. Het ligt onder een deel van het continent dat al 180 miljoen jaar tectonisch stil is, dus het idee dat het gewoon een overblijfsel is van toen het landmassa uiteenviel, klopte nooit echt.”

Gernon voegde hieraan toe: “Ons onderzoek suggereert dat het deel uitmaakt van een veel groter, langzaam bewegend proces diep ondergronds dat mogelijk kan helpen verklaren waarom bergketens zoals de Appalachen nog steeds bestaan. Hitte aan de basis van een continent kan de dichte wortel verzwakken en verwijderen, waardoor het continent lichter en drijvend wordt, zoals een luchtballon die opstijgt nadat het zijn ballast heeft laten vallen. Dit zou hebben geleid tot verdere opheffing van de oude bergen in de afgelopen miljoenen jaren.”

Nieuwe theorie over mantelgolven

De wetenschappers hebben zich gericht op een nieuwe theorie die ze recent hebben voorgesteld, genaamd “mantelgolf” theorie, die erkend werd als finalist voor de “Doorbraak van het Jaar” van Science magazine in 2024. Deze theorie beschrijft hoe hete, dichte rots langzaam van de basis van de plaattektonische platen afschilfert, vergelijkbaar met de blobs in een lavalamp, nadat de continenten uit elkaar zijn gevallen.

Deze “golven” rippleren langs de onderste oppervlakken van de continenten over tientallen miljoenen jaren en kunnen helpen verklaren waarom er zeldzame vulkaanuitbarstingen zijn die diamanten aan de oppervlakte brengen, en waarom sommige binnenlandse gebieden ongewoon hoog zijn.

Met behulp van geavanceerde geodynamische simulaties, seismische tomografiegegevens en reconstructies van de plaattektoniek, traceerde het onderzoeksteam de waarschijnlijk oorsprong van de NAA naar de splitsing van de Labradorzee, die plaatsvond tussen 90 en 80 miljoen jaar geleden, toen Groenland zich van Canada afscheidde.

Professor Sascha Brune, co-auteur van de studie en leidinggevende van de Geodynamic Modeling Section aan GFZ in Potsdam, Duitsland, zei: “Deze convectieve instabiliteiten zorgen ervoor dat stukken rots, enkele tientallen kilometers dik, langzaam zakken vanuit de basis van de buitenste laag van de aarde, bekend als de lithosfeer. Wanneer de lithosfeer dunner wordt, stijgt heter mantel materiaal op om zijn plaats in te nemen, waardoor een warm gebied ontstaat dat bekend staat als een thermische anomalie.”

Brune voegde eraan toe: “Onze eerdere onderzoeken tonen aan dat deze ‘druppels’ rots in series kunnen vormen, zoals dominostenen, wanneer ze een voor een vallen en in de loop van de tijd sequentieel migreren. Het kenmerk dat we onder New England zien, is zeer waarschijnlijk een van deze druppels, die ver weg is ontstaan van waar het nu zit.”

Als dit klopt, heeft de NAA zich waarschijnlijk langzaam zuidwestwaarts verplaatst over de Noord-Amerikaanse lithosfeer met een snelheid van ongeveer 20 kilometer per miljoen jaar, wat breed consistent is met onafhankelijke geodynamische voorspellingen. De huidige grootte van de NAA (ongeveer 350 km breed) en diepte komen sterk overeen met wat modellen voorspellen voor dergelijke migrerende instabiliteiten. Op basis van het onderzoek van het team wordt geschat dat de hete anomalie binnen de komende 10 tot 15 miljoen jaar onder de regio New York zal passeren.

Een spiegel van de NAA

De studie stelt ook voor dat een vergelijkbare anomale hete zone onder het noord-centrale Groenland dezelfde oorsprong kan delen, waardoor het effectief een spiegelbeeld van de NAA wordt, ontstaan aan de tegenovergestelde flank van de Labradorzee terwijl deze uit elkaar dreven.

Onder Groenland draagt deze thermische anomalie bij aan de verhoogde warmteflux aan de basis van de kilometersdikke ijskap, wat invloed heeft op hoe het ijs zich vandaag de dag beweegt en smelt. Op deze manier blijven “oude warmte-anomalieën een sleutelrol spelen in de dynamiek van continentale ijskappen van onderaf,” aldus professor Gernon.

Dr. Derek Keir, co-auteur van de studie en tectonisch expert aan de Universiteit van Southampton en de Universiteit van Florence, zei: “Het idee dat het rifts van continenten kan veroorzaken die druppels en cellen van circulerende hete rots op diepte creëren die duizenden kilometers het binnenland in verspreiden, doet ons heroverwegen wat we weten over de randen van continenten, zowel vandaag als in de diepe geschiedenis van de aarde.”

De bevindingen van het team bouwen voort op onderzoek dat aantoont dat diep-aardprocessen nog tientallen miljoenen jaren kunnen voortduren nadat de oppervlaktelijsten hun activiteit hebben gestaakt. Deze langlevende instabiliteiten kunnen alles vormen, van regionale opheffing tot patronen van vulkanisme en erosie, zelfs in delen van de continentale interieurs die voorheen als geologisch stabiel werden beschouwd.

Professor Gernon voegde toe: “Ook al vertoont het oppervlak weinig tekenen van voortdurende tectoniek, diep onder de oppervlakte zijn de gevolgen van oude rifts nog steeds aan de gang. De erfenis van continentale breuken op andere delen van het aardse systeem kan veel ingrijpender en langduriger zijn dan we eerder dachten.”