P4110747uitsn-levend-versch-1500-x-220.jpg

College van de maand: Hawaii: hotspot voor buitenaards onderzoek

Het eiland Hawaii is het grootste en jongste eiland van de eilandengroep van Hawaii en wordt daarom ook wel ‘Big Island’ genoemd. De eilandengroep ligt zo’n 3200 kilometer ten zuidwesten van het vasteland van de Verenigde Staten in de Grote Oceaan. Volgens de National Ocean Service van de VS bestaat de eilandengroep uit 132 eilanden, seamounts en atollen, welke zich uitstrekken van Hawaii in het zuidoosten tot Kure Atol in het noordwesten. De eilandengroep is in de geologische sferen natuurlijk erg bekend omdat het een typisch product is van hotspot vulkanisme (ook wel mantelpluimen genoemd, zie College van de Maand: Mantle Plumes). Op dit moment ligt de hotspot aan de zuidkant van Hawaii, onder de onder de Kīlauea vulkaan en de Lō’ihi seamount.

Figuur 1: Bathymetrische kaart van de meest recente Hawaiianse vulkanische activiteit, waarbij de blauwe lijn de Loa track en de rode lijn de Kea track volgt. De omcirkelde 3 geeft de locatie aan waar de kanteling van de mantelpluim van Hawaii plaatsvond, ongeveer 3 miljoen jaar geleden. Bron: Jones et al, (2017).

De mantelpluim van Hawaii
Als we inzoomen op de keten van Hawaii is er iets opmerkelijks te zien. Op basis van geochemische verschillen kunnen er vanaf 3 miljoen jaar geleden twee parallelle vulkanische ketens worden waargenomen: de Loa en de Kea track, vernoemd naar de vulkanen Mauna Kea en Mauna Loa (Fig. 1). Vergeleken met de Kea track produceren de vulkanen van de Loa track basalten met lagere CaO en hogere SiO2 en Ni waardes. Deze scheiding is waarschijnlijk het resultaat van veranderingen in de plaatbeweging. Doordat de plaat plotseling in een schuine hoek ten opzichte van de oorspronkelijke richting beweegt, kantelt de mantelpuim mee (Fig. 2). Door de kanteling ontstaan er twee types basalt: een dieper gesmolten peridotiet (Kea) en een ondieper gesmolten mengsel van peridotiet en pyroxeniet (Loa). De verwachting is dat na verloop van tijd de mantelpluim zich aanpast aan de nieuwe situatie en weer één vulkanische keten gaat produceren. Figuur 1 laat ook te zien dat de vulkaanketens langzaam weer naar elkaar toe buigen. De keten van Hawaii is niet de enige vulkanische keten die deze trend laat zien. Op de Pacifische plaat wordt dit fenomeen ook bij andere vulkanische ketens, ouder dan 5 miljoen jaar, waargenomen.

Figuur 2: Schematisch figuur die uitlegt hoe de Hawaiianse pluim is gekanteld. (a): de situatie voordat de kanteling plaatsvond, (b): de situatie nadat de kanteling heeft plaatsgevonden, (c): bovenaanzicht van a, (d): bovenaanzicht van b. Bron: Jones et al, (2017).

Analoog
Naast het bestuderen van hotspot vulkanisme zijn de Hawaiiaanse basalten ook geschikt als Mars analoog. De chemische compositie en mineralogie komen namelijk goed overeen met de basalten die op Mars zijn gevonden. Daardoor kun je de basalten van Hawaii gebruiken om processen op Mars te bestuderen. Zo heb ik basalten van Mauna Loa gebruikt om te kijken hoe water de basalten op zowel de Mauna Loa als op Mars chemisch afbreekt.

Figuur 3: De patch van de analoge maanmissie waar ik onderdeel van was.
Het veldwerk
De samples voor mijn onderzoek heb ik verzameld tijdens een twee weken durende analoge maanmissie in de HI-SEAS habitat op de vulkaan Mauna Loa. Dit houdt in dat we twee weken lang hebben geleefd zoals het leven in een maanbasis eruit zou zien. Het hele veldwerk vond daardoor ook onder gesimuleerde omstandigheden plaats; alsof we echt op de Maan waren! Dit soort gesimuleerde missies zijn een waardevolle voorbereiding voor de toekomstige reizen naar de Maan en Mars.

Meer weten over hoe het is om te leven in een maanbasis? Tijdens mijn verblijf in de HI-SEAS habitat is er een documentaire gemaakt: SPACE_DROP, die gratis te bekijken is via Vimeo.

Referenties en meer informatie

  • Jones, T. D., Davies, D. R., Campbell, I. H., Iaffaldano, G., Yaxley, G., Kramer, S. C., & Wilson, C. R. (2017). The concurrent emergence and causes of double volcanic hotspot tracks on the Pacific plate. Nature, 545(7655), 472-476.
  • Marlow, J. J., Martins, Z., & Sephton, M. A. (2008). Mars on Earth: soil analogues for future Mars missions. Astronomy & Geophysics, 49(2), 2-20.
  • Musilova, M., et al. (2019). EMM IMA HI-SEAS campaign February 2019. EPSC-DPS Joint Meeting 2019, EPSC-DPS2019.
  • Weert, A., Foing, B. H., Mulder, S., & Musilova, M. (2021). Results from the EMMIHS-1 campaign (EuroMoonMars-IMA-HI-SEAS). 43rd COSPAR Scientific Assembly, 43, 157.
  • Wessel, P. (2016). Regional–residual separation of bathymetry and revised estimates of Hawaii plume flux. Geophysical Journal International, 204(2), 932-947.