Wetenschappers hebben ontdekt dat een van de meest extreme vulkanische gebeurtenissen op aarde meer deed dan alleen een enorm onderzees plateau bouwen. Het gaf de oceanische plaat eronder ook een complete chemische make-over. Een onderzoeksteam onder leiding van docent Azusa Shito van de Okayama University of Science, samen met universitair hoofddocent Akira Ishikawa van het Institute of Science Tokyo en professor Masako Yoshikawa van de Hiroshima University, gebruikte seismische golven om onder het Ontong Java Plateau (OJP) te kijken. Hun bevindingen, gepubliceerd in Geophysical Research Letters, suggereren dat enorme hoeveelheden magma door de bestaande plaat drongen, netwerken van verticale intrusies creëerden en het omringende gesteente chemisch transformeerden.

De oceanische plaat onder het OJP heeft niet de relatief eenvoudige structuur die je van een typische oceanische plaat zou verwachten. In plaats daarvan vonden de onderzoekers bewijs van een samengesteld interieur bestaande uit horizontale lagen doorkruist door zwermen verticale magmapaden, bekend als dijken. Deze ontstaan wanneer gesmolten gesteente zich door scheuren wurmt en daarin afkoelt. Grote groepen van deze intrusies, dijkswermen genoemd, bewaren een verslag van intense vulkanische activiteit lang nadat het magma is gestold. Het team detecteerde ook ongewoon lage seismische golfsnelheden in de plaat, wat suggereert dat magma dat uit het diepe binnenste van de aarde opsteeg niet alleen passeerde - het veranderde waarschijnlijk ook de chemische samenstelling van de plaat.

Het OJP ligt onder de westelijke Stille Oceaan en is het grootste oceanische plateau ter wereld, gevormd ongeveer 110-120 miljoen jaar geleden tijdens de grootste vulkanische uitbarsting in de geschiedenis van de aarde. Wetenschappers hebben gesuggereerd dat de uitbarsting genoeg warmte, gassen en vulkanisch materiaal vrijgaf om het mondiale milieu ernstig te verstoren, mogelijk bijdragend aan massa-extincties door de oceaanchemie, het klimaat en het zuurstofgehalte te veranderen. Recent onderzoek wijst erop dat de gebeurtenis mogelijk werd aangedreven door een thermochemische pluim die opsteeg uit de diepe mantel - een kolom van ongewoon heet materiaal dat chemisch verschilt van de omringende mantel en mogelijk gerecyclede oude oceanische korst bevat. Maar tot nu toe begrepen wetenschappers niet volledig hoe dat magma een bestaande oceanische plaat beïnvloedt.

Om de plaat onder het OJP te onderzoeken, bestudeerden de onderzoekers hoogfrequente seismische signalen genaamd Po- en So-golven, geregistreerd door oceaanbodemseismometers rond het plateau en instrumenten op nabijgelegen eilanden. Onder typische omstandigheden reizen deze golven door oceanische platen en verstrooien herhaaldelijk door gelaagde structuren, waardoor ze enkele duizenden kilometers kunnen afleggen. Maar golven geregistreerd nabij het OJP gedroegen zich ongewoon: Po-golven bewogen efficiënt, terwijl So-golven dramatisch verzwakten. Deze aanwijzing bracht de wetenschappers ertoe seismische golfmodellering te gebruiken, die aangaf dat de plaat gelaagde structuren (horizontale laminering) bevat, doorkruist door dijkswermen (verticale intrusie). De horizontale gelaagdheid laat sommige golven lange afstanden afleggen, terwijl de verticale intrusies andere verstoren en verzwakken.

Het team ontdekte ook dat zowel Po- als So-golven aanzienlijk langzamer reisden onder het plateau - een teken dat de gesteenten heter, minder stijf, gebroken of chemisch anders zijn dan typisch mantelmateriaal. Ze concludeerden dat structuur alleen de lage snelheden niet kon verklaren, en stellen voor dat magma uit een thermisch-chemische pluim door de plaat steeg, de dijkswermen creëerde, en vervolgens reageerde met het omringende mantelgesteente, wat chemische modificatie veroorzaakte die bekend staat als refertilisatie. Dit gebeurt wanneer magma chemische componenten teruggeeft aan mantelgesteente dat deze eerder verloor tijdens gedeeltelijk smelten. De mantel bestaat grotendeels uit peridotiet; wanneer een deel smelt, worden sommige elementen verwijderd, en later magma kan ze terugbrengen, waardoor het mineraalgehalte en de fysische eigenschappen van het gesteente veranderen.

De resultaten suggereren dat massale vulkanische gebeurtenissen meer kunnen doen dan de zeebodem bedekken met lava - ze kunnen een oceanische plaat breken, uitgebreide dijkenetwerken vormen en de chemie van de plaat veranderen.