Hete steenpluimen uit de aardmantel nu in beeld

Waar vulkanen uitbarsten, stroomt vanuit de aardmantel heet gesteente omhoog. Die stromen zijn in beeld gebracht.

Uitbarsting van de vulkaan Grimsvotn in Zuidoost-IJsland, mei 2011. Foto EPA/E. Adalsteinsson

Voor het eerst zijn er heldere beelden van mantelpluimen gemaakt: kolommen heet gesteente die vanuit de diepe aardmantel traag duizenden kilometers omhoog stromen. De pluimen blijken in verband te staan met zogeheten hot spots, regio’s aan het aardoppervlak waar zich regelmatig vulkanische uitbarstingen voordoen, zoals Hawaï en IJsland. Dat verband tussen de pluimen en de hot spots werd al wel vermoed, maar is niet eerder zo duidelijk aangetoond.

De beelden zijn gemaakt door seismologen Scott French en Barbara Romanowicz van de Universiteit van Californië in Berkeley, op basis van een nieuw computermodel van de aardmantel. Ze publiceerden hun onderzoek gisteren in het tijdschrift Nature.

Het onderzoek geeft meer inzicht in de opbouw van de aardmantel en in vulkanisme. De meeste vulkaanuitbarstingen doen zich voor op plekken waar drijvende aardplaten onder elkaar duiken of uit elkaar drijven. Daarnaast zijn er de uitbarstingen bij hot spots, die niet per se aan de randen van aardplaten liggen.

Uit de beelden blijkt dat de mantelpluimen veel breder zijn dan gedacht. Niet tweehonderd kilometer, maar zo’n zeshonderd tot achthonderd kilometer. De pluimen beginnen net boven de grens – op circa 2.900 kilometer diepte – van de mantel en de aardkern. Van daaruit vormen ze rechte kolommen omhoog, tot ongeveer duizend kilometer onder het aardoppervlak. Vanaf daar wordt het patroon grilliger en meanderen ze ook in horizontale richting.

Voor hun onderzoek analyseerden de twee seismologen de trillingen van 273 aardbevingen die door een wereldwijd netwerk van ruim 200 seismische stations zijn geregistreerd.

Omdat de snelheid van een trilling varieert met de dichtheid en temperatuur van het gesteente waar de trilling doorheen reist, kan er op basis van de aankomsttijden van de trillingen bij de seismische stations een dichtheidsbeeld van de aardmantel worden afgeleid, inclusief de hete mantelpluimen.

De onderzoekers gebruikten in hun berekeningen niet alleen de eerste trillingen die vanuit het aardbevingsgebied al die seismische stations bereiken, maar alle trillingen, ook die via het aardoppervlak steeds weer terugkaatsen en door de aarde reizen. „Eén aardbeving kan makkelijk 3 tot 5 uur aan trillingen opleveren”, licht Romanowicz toe.

Voor de verwerking van die gigantische hoeveelheid data was een supercomputer nodig. Die hadden seismologen tot voor kort niet. Dat French en Romanowicz nu zulke heldere beelden van de mantelpluimen hebben, komt omdat ze konden beschikken over de begin vorig jaar in gebruik genomen nieuwe supercomputer Edison van het Lawrence Berkeley National Laboratory. „We hebben alles bij elkaar tien jaar aan ons aardmantelmodel gewerkt”, zegt Romanowicz.