Forskare har upptäckt att en av jordens mest extrema vulkanhändelser gjorde mer än att bygga en massiv undervattensplatå. Den gav också den oceaniska plattan under en komplett kemisk makeover. Ett forskarlag lett av lektor Azusa Shito vid Okayama University of Science, i samarbete med docent Akira Ishikawa vid Institute of Science Tokyo och professor Masako Yoshikawa vid Hiroshima University, använde seismiska vågor för att titta under Ontong Java-platån (OJP). Deras resultat, publicerade i Geophysical Research Letters, tyder på att enorma mängder magma pressade sig igenom den befintliga plattan, skapade nätverk av vertikala intrusioner och kemiskt omvandlade den omgivande bergarten.

Den oceaniska plattan under OJP har inte den relativt enkla struktur som förväntas av en typisk oceanisk platta. Istället fann forskarna bevis på en sammansatt inre del bestående av horisontella lager genomkorsade av svärmar av vertikala magmakanaler kända som gångar. Dessa bildas när smält berg pressar sig genom sprickor och svalnar inuti dem. Stora grupper av sådana intrusioner, kallade gångsvärmar, bevarar ett register över intensiv vulkanisk aktivitet långt efter att magman har stelnat. Teamet upptäckte också ovanligt låga seismiska våghastigheter inom plattan, vilket tyder på att magma som steg från djupt inne i jorden inte bara passerade – den ändrade troligen plattans kemiska sammansättning också.

OJP ligger under västra Stilla havet och är världens största oceaniska platå, bildad för cirka 110–120 miljoner år sedan under det största vulkanutbrottet i jordens historia. Forskare har föreslagit att utbrottet släppte ut tillräckligt med värme, gaser och vulkaniskt material för att allvarligt störa den globala miljön, möjligen bidra till massutrotningar genom att förändra havskemin, klimatet och syrenivåerna. Ny forskning indikerar att händelsen kan ha drivits av en termokemisk plym som steg från djupt inne i manteln – en kolonn av ovanligt het materia som skiljer sig kemiskt från den omgivande manteln och kan bära återvunnen gammal oceanisk skorpa. Men fram till nu har forskare inte fullt ut förstått hur den magman påverkar en befintlig oceanisk platta.

För att undersöka plattan under OJP studerade forskarna högfrekventa seismiska signaler som kallas Po- och So-vågor, inspelade av havsbottenseismometrar runt platån och instrument på närliggande öar. Under typiska förhållanden färdas dessa vågor genom oceaniska plattor och sprids upprepade gånger genom skiktade strukturer, vilket gör att de kan färdas flera tusen kilometer. Men vågor inspelade nära OJP betedde sig ovanligt: Po-vågor rörde sig effektivt, medan So-vågor försvagades dramatiskt. Denna ledtråd fick forskarna att använda seismisk vågformsmodellering, vilket indikerade att plattan innehåller skiktade strukturer (horisontell laminering) genomkorsade av gångsvärmar (vertikal intrusion). Den horisontella skiktningen gör att vissa vågor kan färdas långa sträckor, medan de vertikala intrusionerna stör och försvagar andra.

Teamet fann också att både Po- och So-vågor färdades betydligt långsammare under platån – ett tecken på att bergarterna är hetare, mindre styva, spruckna eller kemiskt annorlunda än typiskt mantelmaterial. De drog slutsatsen att struktur ensam inte kunde förklara de låga hastigheterna, och föreslår att magma från en termisk-kemisk plym steg genom plattan, skapade gångsvärmarna och sedan reagerade med den omgivande mantelbergarten, vilket orsakade kemisk modifiering känd som refertilisering. Detta inträffar när magma återför kemiska komponenter till mantelbergart som tidigare förlorat dem under partiell smältning. Manteln består till stor del av peridotit; när en del smälter avlägsnas vissa grundämnen, och senare magma kan återföra dem, vilket ändrar bergartens mineralinnehåll och fysikaliska egenskaper.

Resultaten tyder på att massiva vulkanhändelser kan göra mer än att täcka havsbotten med lava – de kan frakturera en oceanisk platta, bilda omfattande gångnätverk och förändra plattans kemiska sammansättning.