Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (II): Lumen eredua

Arturo Apraiz

“Prozesu magmatiko anomaloak” azaltzeko estreinako saiakera J. Tuzo Wilsonek egin zuen 1963. urtean, puntu beroak (hot spot) aipatuz. Wilsonek esan zuen Hawaii uharteak bezalako kate bolkanikoak plaka tektoniko bat mantuan kokatutako puntu bero baten gainetik igarotzean sortuak direla (1. irudia).

8 urte beranduago, W. Jason Morgan (1971, 1972) geofisikaria, ahalegindu zen Wilsonen puntu beroen kontzeptuari oinarri fisikoa ematen. Bere esanetan, puntu beroak lurrazaleko prozesu bolkanikoak dira, nukleo eta mantuaren arteko mugatik gora egindako mantuko arroka beroen bitartez elikatuak. Mantu sakonetik gora egiten duen egiturari luma gorakor deritzo. Beraz, puntu beroa luma gorakor baten azaleko ondorioa litzateke. 1971 geroztik, luma gorakorren hipotesia izan da plaken barnean gertatzen diren prozesu bolkanikoak (Hawaii, Yellowstone) azaltzeko eredurik hedatuena. Hala gertatu da era berean ozeano-gandorretako zenbait kokapenetan gertatzen diren isurketa erraldoiak (Islandia) azaltzeko unean.

Aipatutako ingurune bolkanikoekin batera, luma gorakorrak ere erabili izan dira hainbat egituren bolkanismoaren jatorria azaltzeko: Pitcairn uharteak, MacDonald mendilerroa, Galapagos, Azores edo Kanariar uharteak eta Afrikako Afar lurraldea, eta Deccan, Paraná, Ontong-Java edo Siberia bezalako basalto-plataforma erraldoiak. Morganek luma gorakorren eredua iradoki zuenean, Hessen (1962) itsas hondoen zabalkuntzaren eredua zen nagusi, eta iradokitzen zen ozeano-gandorren azpian kokatutako konbekzio-korronte gorakorren eraginez zabaltzen zirela ozeanoak. Baina ereduak ezin zituen puntu beroak azaldu eta, gainera, ozeano-gandorren inguruko xingola magnetikoen azken ikerketek erakutsi zuten Hessen eredua ezinezkoa zela. Ondorioz, plaka-tektonikak ondo deskribatzen zuen Lurraren azaleko bloke zurrunen zinematika, baina mugimenduak azaltzeko mekanismoan aldiz, huts egiten zuen. Morganek, behe-mantuan garatutako luma gorakorrak jotzen zituen plaken mugimenduaren erantzule. Bere esanetan plakak bi arrazoiengandik mugitzen dira: alde batetik, luma gorakor bakoitzaren erdiguneak litosferaren oinaren aurka jo eta astenosferan hedatzen diren korronte erradialen eraginez eta, bestetik, plaken arteko mugetan sortzen diren esfortzuen ondorioz. Morganen arabera, luma gorakorrak ziren mantuko konbekzio-eredu nagusia ahalmena dutelako; plakak apurtzeko, ozeano-gandorren bilakaera mantentzeko eta plaken mugimendua gidatzeko. Mantuko konbekzioa mugimendu gorakor, indartsu, estu eta beroek eta askoz zabalagoak diren mugimendu beherakorrek (subdukzio-eremuak) osatzen dute.

Beraz, Morganen ereduan luma gorakorrak nukleo eta mantuaren arteko mugan sustraituta dauden eta inguruko arrokak baino beroago dauden arroken “tximiniak” dira. Mantu sakoneko materialek mantu solidoan gora egiten dute, ustez tenperatura altuak soilik eragindako dentsitate-murrizketaren eraginez (luma termikoak), litosfera zurrunarekin bat egin arte.

Hasiera batean, beraz, uste zen luma gorakorrek jatorri termikoa zutela. Horrela, mantuaren konbekzioa fluidoen konbekzioarekin pareka liteke, lapiko batean urak duen mugimenduarekin gutxi gorabehera.

Eredu teorikoan, mantuko konbekzioa, beroa kondukzioz garraiatzen dituzten bi geruza-muga termikoen^[1] artean gertatuko litzateke. Goikoa litosfera da, gaineko azaleratik hozten dena eta noizean behin mantuan barneratu egiten dena; azpikoa nukleo eta mantuaren arteko mugan dago kokatuta. Nukleorako egindako petrologia esperimentaleko ikerketek erakutsi dute bertako tenperatura gaineko mantuarena baino ehunka gradu altuagoa dela. Tenperatura-desberdintasunak nukleotik mantura doan bero-fluxua eragingo du, eta ondorioz gaineko arrokak berotu, flotazio-anomaliak eragingo eta gorantz abiatzen diren luma gorakorrak abiaraziko dituzte.

Baldintza hauek ezarrita, asko izan dira luma gorakor termikoen izaera erreproduzitu dituzten laborategiko esperimentuak eta zenbakizko simulazioak.

Horietan lortutako argazkiek (2. irudia) eta bestelako emaitzek adierazten dute luma gorakor termikoak bi zati nagusitan bana daitezkeela: aurretik doan buru handia batetik, eta bestetik burua nukleoarekin eta mantuaren arteko mugarekin lotzen duen zutabe estua. Ikerketa hauetan iradoki izan da luma gorakorren buruek 800-1.200 km-ko diametroa dutela litosferara iritsita eta zutabeak, aldiz, 100-200 km-koak direla. Luma gorakorren eta inguruko mantuko arroken arteko tenperatura-desberdintasuna, 150-250ºC bitartekoa izan daiteke.

Lumen ereduan beraz, burua litosferaren oinera iritsita norabide guztietan erradialki hedatuko da, litosfera zurrunaren konkordura eragingo du eta probintzia igneo erraldoia (LIP; Large Igneous Province) garatuko du (3. irudia). Ondoren, burua litosferaren aurka zanpatu eta zabaldu egiten da, gero eta difuminatuago agertuko den disko baten geometria lortuz. Ondorioz, lumaren zutabea baino ez da geldituko, anomalia termiko mugatuagoa sortzen duena, gandor aseismikoak edo bolkan-kateak sortzeko bestekoa baino ez (3. irudia).

Egun, luma gorakorren ereduak sendo dirau, eredua sortu zenean iradokitako hainbat prozesu geologiko egiaztatu ahal izan direlako. Denborarekin egiaztatu diren ereduaren aurreikuspenen artean ondorengoak aipa daitezke:

• Luma gorakorrak nukleo eta mantuaren arteko mugan sor daitezke eta buru handi eta zutabe estu batekin osatuta daude.
• Luma gorakorraren buruaren eraginez milioika kilometro kubiko probintzia igneo erraldoiak sor daitezke.
• Riftaren ertzetan ozeano-lurrazal lodia duen eremu estua gara daiteke, litosferaren azpian kokatutako luma gorakorren buruek garatutako riftingaren ondorioz.
• 1000 m inguruko domo-gorakada gerta daiteke, luma gorakorren buruek sortutako erupzioak hasi aurretik.
• Luma gorakor berri baten estreinako erupzioetan pikritak^[2] eratuko dira, eta ingurune bolkanikoaren erdigunean kokatuko dira.

Esan bezala, denborak aurrera egin ahala, behaketen bidez egiaztatu ahal izan dira baieztapen hauek guztiak, mantuko lumen hipotesia balizkoa izan daitekeela frogatuz. Hala ere, oraindino ez dago adostasunik puntu beroen eta luma gorakorren kopurua eta kokapenaren kontuan, baina zalantza gutxi daude 4. irudiko mapan agertzen direnen artean.

Oharrak:

[1] Geruza-muga termiko: Fluidoen mekanismoaren barne, biskositatearen eragina nabarmena deneko azalera baten albo-alboan kokatutako fluido-geruza da.

[2] Pikrita: Magnesio portzentaia handia duen basalto aldaera, olibinoan oso aberatsa dena. Iluna da olibinozko fenokristal (20-50%) hori-berdexkarekin eta piroxeno (nagusiki augita) beltz edo marroi iluna. Oso tenperatura handiko magmen kristalizazioaren ondorioa da, eta sarritan luma gorakorrekin lotzen da.

Erreferentzia bibliografikoak:

• Fisher, O. (1878): On the possibility of changes in the latitude of places on the Earth’s surface: Being an appeal to physicists. Geological Magazine, 5: 291-297.
• Holmes, A. (1928): Radioactibity and earth movements. Transations of the Geological Society of Glasgow, 18: 559-606
• Holmes, A. (1944): Principles of Physical Geology. London, Thomas Nelson & Son, 532 or.
• Hess, H.H. (1962): A history of ocean basins. Non: A.E.J. Engel et al. (Edtk.), Petrologic studies: A volume in honor of A.F. Buddington: Boulder, Colorado, Geological Society of America: 599-620.
• Wilson, J.T. (1963): A possible origin of the Hawaiian Islands. Canadian Journal of Physics, 41: 863-870.
• Morgan, W.J. (1971): Convective plumes in the lower mantle. Nature, 230: 42-43.
• Morgan, W.J. (1972): Deep mantle convedtion plumes and plate tectonics. Bulletin of the American Association of Petroleum Geologist, 56: 203-213.
• Sparrow, E.M., Husar, R.B. eta Goldstein, R.J. (1990): Observations and other characteristics of thermals. Journal of fluid mechanism, 41: 793-800.
• Foulger, G.R. (2010): Plates vs Plumes: A Geological Controversy. Wiley-Blackwell, 340 or.

Egileaz:

Arturo Apraiz UPV/EHUko Geodinamika saileko irakaslea eta ikertzailea da.

Arturo Apraizek geodinamikari buruz idatzitako artikulu-sorta:

• Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (I): Aurrekariak eta sorrera-unea.
• Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (II): Lumen eredua.
• Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (III): Plaken eredua.
• Nukleo eta mantuaren arteko muga: ilun zegoena argitzean…
• Lurralde igneo erraldoiak: Lurraren indar-erakustaldia.
• Superkontinenteen sorrera eta apurketa.
• Luma gorakorrei buruzko behin betiko froga?
• Noiz abiatzen da plaka-tektonika?
• Eta, plaka-tektonikaren aurretik zer?