Het vulkanisme van Hawaii is een gevolg van een zogeheten mantelpluim. Dat is een massa heet materiaal van relatief geringe afmetingen die opwelt vanuit de aardmantel. Vaak lijkt zo’n mantelpluim plaatvormig, omdat er vaak een vrij groot aantal al dan niet onderzeese vulkanen op een (bijna) rechte lijn ligt. Dat kan echter ook het gevolg zijn van het feit dat de pluimen opstijgen in zwaktezones die zich tussen verschillen lithosfeerschollen bevinden, en daardoor als het ware verschuiven. Bij tijdelijke onderbrekingen in de magmaaanvoer ontstaan zo vulkanen op een rijtje. Of dit werkelijk zo gebeurt, is overigens nog een punt van discussie. Een ander punt van discussie is waar zich de ‘voet’ van de pluimen bevindt: ergens in de aardmantel of op het grensvlak tussen aardmantel en kern; dit laatste is door veel deskundigen lang voor onmogelijk gehouden.

Nu lijkt het erop dat de pluim waaruit Hawaii voortkomt, wel degelijk van die diepte komt. Dat blijkt uit onderzoek waarbij een nieuw type massaspectrometer werd gebruikt om het element thallium in de vulkanische gesteenten van Hawaii nauwkeuriger te karakteriseren dan tot nu toe mogelijk was. Met die nieuwe techniek kan gereconstrueerd worden aan welke fysische, chemische en biologische processen het thalliumhoudende materiaal onderworpen is geweest. Hierdoor is het ook mogelijk om vast te stellen waar het materiaal uit het inwendige der aarde vandaan komt. Voor het onderzochte gesteente blijkt dat alleen het grensgebied tussen aardkern en aardmantel te kunnen zijn.

De wetenschappelijke consequenties daarvan zijn groot. Zo is nog steeds onduidelijk of de convectiecellen in de aardmantel een hoogte hebben die overeenkomt met de dikte van de hele mantel, of dat er twee (of meer) lagen convectiecellen in de mantel zijn. De nieuwe resultaten geven aan dat de eerste situatie in ieder geval voorkomt. Een tweede interessante conclusie die uit het onderzoek kan worden getrokken is dat sedimenten (dus materiaal uit de dunne aardkorst) door subductie duizenden kilometers omlaag kunnen zakken tot op de grens van kern en mantel, om vandaar weer met een mantelpluim naar het aardoppervlak terug te keren. Zo’n cyclus lijkt 1-2 miljard jaar in beslag te nemen.

Bron:

Nielsen, S.G., Rehkämper, M., Norman, M.D., Halliday, A.N. & Harrison, D., 2006. Thallium isotopic evidence for ferromanganese sediments in the mantle source of Hawaiian basalts. Nature 439, p. 314-317.