Varmepunkt

Varmepunkt eller manteldiapir (engelsk «hot spot») er innenfor geologien de steder på jordens overflate der det strømmer magmatisk lava opp gjennom en søylestrøm («mantel plume») helt nede fra mantelen, noe som også kan skje midt inne på kontinenter. På slike steder har det ofte vært vulkansk aktivitet over en lang tidsperiode, gjerne flere titalls millioner år, fordi varmepunktene er relativt konstante og ikke flytter på seg. Store mengder smeltemasse kan ifølge denne teorien trenge opp til overflaten som platåbasalt, slik man finner i Etiopia, Øst-Sibir, India og nordvest i USA. Et av verdens mest kjente, aktive varmepunkt finnes under Hawaii.
Varmepunkt-vulkaner må ikke forveksles med øybue-vulkaner. Selv om begge vil ha form av en rekke vulkanske øyer, er de blitt dannet av forskjellige årsaker. Øybuer blir dannet av konvergerende tektoniske plater i subduksjonssoner. Når en oseansk plate møter en annen, blir den med høyest tetthet tvunget under den andre i en dypvannskløft. Denne platen smelter og hjelper til med dannelsen av vulkanske øyer, slik som Aleutene utenfor Alaska.
Når bevegelige litosfæreplater som følge av platetektonikken flyter over et varmepunkt, dannes ofte enslige vulkanøyer slik som Hawaii, Bouvetøya, Réunion, Galápagosøyene, eller varmepunktene understøtter vulkanismen i midthavsrygger slik som under Island. Det er likevel krevende å skille mellom varmepunkt, søylestrømmer, og magmatiske intrusjoner fra magmakamre med dannelse av gangbergarter. På 1990-tallet tok utforskningen av fenomenene fart og ble knyttet til sykluser på 300-500 millioner år hvor søylestrømmer regelmessig innvarsler eller bidrar til oppsplittingen av superkontinenter. På 2000-tallet har søylestrøm-teorien kommet under stadig sterkere angrep.

Utforskning

Amerikaneren John Tuzo Wilson introduserte i 1963 teorien om at vulkanske kjeder, slik som Hawaii-øyene, var resultat av den langsomme bevegelsen av tektoniske plater tvers over «faste» varmepunkt som i mange millioner år brakte varm lava opp fra dypet under jordskorpen. Man oppdaget at slike varmepunkt fikk lavatilførsel fra smale mantelstrømmer som ledes opp fra grensen mellom jordens kjerne og mantelen, gjennom en eller flere sammenkoblede søylestrømmer. Wilson mente at platedriften over tid ville føre den nye vulkanøyen bort fra varmepunktet, men at det senere kunne dannes en ny vulkanøy slik at flere, isolerte vulkanøyer kunne utvikles på et område, selv langt fra de vulkansk aktive plategrensene. Teorien ble styrket ved at den nordvestligste øya Kauai har 5.5 millioner år gamle, vulkanske bergarter, mens dagens aktive øy Hawaii har bergarter som bare er 0,7 millioner år gamle. Tilsvarende er det ved Yellowstone tre kalderaer som vitner om like mange vulkanske utbrudd de siste to millioner årene.
Det dannet seg på 1990-tallet en økende erkjennelse av at søylestrømmer har sammenheng med superkontinenter, hvor man mente å observere sykluser hvor superkontinenter hemmet mantelens lavautveksling som en «trykk-koker» og til slutt sprakk opp i en prosess med stor magmatisk aktivitet. Utfordringene med å skille mellom søylestrømmer, magmakammer og trykkdannelse, har ledet noen forskere til å spørre om søylestrøm-fenomenet egentlig er reelt. Studier av den store magmatiske provinsen på Deccan-platået i India viser at man her har både forkastningssoner, og sprekksoner for oppsdelingen av Madagaskar-India-platen, med forslag om at området har et mer varig magmakammer. Tilsvarende har forskere hevdet at heller ikke den enorme magmatiske provinsen i Siberia-kratonet - med De sibirske trappene - skyldes søylestrøm-aktvitet slik man tidligere har trodd, men snarere konveksjon mellom mantel og litosfære.
Såkalte «store magmatiske provinser» (large igneous provinces) har vært tidfestet til omtrent 2770 millioner år siden, og videre 2740, 2715, 2705, 2450, 2250-2000, 1900-1600, 1380 og 1275-1267 (Columbia), 1108, 800 og 723 (Rodina), og 250 millioner (Pangea) år siden, hvor navn i parentes antyder hvilket kontinent som var i ferd med å ble dannet eller splittet opp i prosessen. Under vulkansk aktivitet i forbindelse med at superkontinenter brytes opp, har man blant annet sett økt dannelse av bergarter bestående av karbonater, og spesielt kimberlitt.
Geologer har identifisert rundt 40-50 varmepunkt rundt på kloden, mens om lag 100 har vært aktive i løpet av de siste 10 millioner årene. Hawaii-øyene, Réunion, Yellowstone, Galápagos og Island ligger oppå noen av de mest aktive varmepunktene vi kjenner - og varmepunktet under Island hindrer at øya synker i havet. En enorm manteldiapir dekket for 55-60 millioner år siden dagens Norskehavet og har etterlatt platåbasalt i så vide områder som Skottland, Øst-Grønland, Færøyene og Island. Vulkankjedene trenger ikke danne øyer, dersom varmepunktets aktivitet tilfører havbunnen lava uten at den vulkanske massen når helt opp over havets overflate, vil man få oseanske undervannsfjell men ikke øyer. Man mener å se slike linjer av varmeflekkrester rundt St. Helena, Kerguelen, Påskeøya, og mange andre steder. Geologer mener derfor å kunne bruke varmepunkt for å forsøke å kartlegge bevegelsene til jordens kontinentalplater. Slike varmepunkt er så aktive at de ofte kan fortelle forskerne stegvise endringer i jordens magnetiske poler. Takket være lavastrømmer på Columbia-platået vet forskere at reversering av jordens magnetiske poler tar rundt 5 000 år. Det magnetiske feltet blir svakere og svakere fram til det ikke er noe målbar magnetisme, for deretter å dannes på nytt i nær motsatt retning.
De fleste varmepunkt-vulkaner er basaltiske på grunn av at de har utbrudd gjennom oseansk litosfære, for eksempel Hawaii og Tahiti. På grunn av dette er de mindre eksplosive enn vulkaner i subduksjonssoner, som har lavere vanninnhold. Der varmepunkter forekommer under kontinentalskorpen er basaltisk magma fanget i den tynnere kontinentalskorpen som er oppvarmet og danner rhyolitt i smelteprosessen. Denne rhyolitten kan være svært varm og kan danne voldsomme utbrudd på tross av det lave vanninnholdet. Yellowstone-calderaen ble for eksempel til i noen av de kraftigste vulkanske eksplosjoner i den geologiske historien.