Door de afkoelingssnelheid te onderzoeken van gesteenten die zich meer dan 10 mijl onder het aardoppervlak vormden, wetenschappers onder leiding van de Universiteit van Texas aan de Austin Jackson School of Geosciences hebben ontdekt dat water waarschijnlijk diep in de korst en de bovenmantel doordringt in verspreidingszones in het midden van de oceaan, de plaatsen waar nieuwe korst wordt gemaakt. De bevinding voegt bewijs toe aan één kant van een al lang bestaand debat over hoe magma van de aardmantel afkoelt om de onderste korstlagen te vormen.

Het onderzoek werd geleid door Nick Dygert, een postdoctoraal fellow bij de afdeling Geologische Wetenschappen van de Jackson School, en werd in mei gepubliceerd in de gedrukte editie van Aardse en planetaire wetenschapsbrieven in mei. Medewerkers zijn onder meer Peter Kelemen van Colombia University en Yan Liang van Brown University.

De aardmantel is een halfvaste laag die de aardkorst van de kern scheidt. Dygert zei dat hoewel het algemeen bekend is dat opwelling van magma uit de mantel in de verspreidingszones in het midden van de oceaan nieuwe korst creëert, er zijn veel vragen over hoe het proces werkt.

"Er is een debat in de wetenschappelijke gemeenschap hoe oceanische korst zich vormt, "Zei Dygert. "En de verschillende modellen hebben zeer verschillende vereisten voor koelregimes."

Om meer te weten te komen over de omstandigheden waaronder magma verandert in aardkorst, Dygert en zijn medewerkers onderzochten rotsmonsters die honderd miljoen jaar geleden deel uitmaakten van de aardmantel, maar maken nu deel uit van een canyon in Oman.

"Men kan effectief 20 kilometer in het binnenste van de aarde lopen, "zei Kelemen. "Hierdoor krijgen wetenschappers toegang tot rotsen die zich ver onder de zeebodem hebben gevormd en die niet beschikbaar zijn voor studie."

Het team gebruikte "geothermometers" - de naam van een techniek die minerale samenstellingen in gesteentemonsters gebruikt om temperaturen te berekenen en de afkoelingsgeschiedenis van het gesteente te onthullen. Geothermometers helpen wetenschappers bij het bepalen van de temperaturen die magma's en gesteenten ervaren als ze afkoelen, en afleiden hoe snel de afkoeling plaatsvond. De studie omvatte het gebruik van een nieuwe geothermometer ontwikkeld door Liang, die de maximale temperatuur registreert die een gesteente bereikte voordat het afkoelde.

"Traditionele geothermometers geven je meestal een koeltemperatuur in plaats van een formatietemperatuur voor het gesteente, "Zei Dygert. "Deze thermometer is een mooi nieuw hulpmiddel omdat het ons in staat stelt om naar een deel van de koelgeschiedenis te kijken dat voorheen ontoegankelijk was voor stollingsgesteenten."

De temperaturen die in de rotsen zijn geregistreerd, laten zien dat de onderste korst en de bovenste mantel bijna onmiddellijk afkoelden en stolden, zei Dygert - als een "hete braadpan die in een gootsteen wordt gepropt" - terwijl de diepere mantel geleidelijker afkoelde. De temperatuurverandering is indicatief voor water dat door de korst en de bovenste mantel onder de verspreidingscentra in het midden van de oceaan circuleert, en de warmte van diepere delen van de mantel wordt afgevoerd door contact met de koelere bovenste rotsen.

Momenteel, er zijn twee primaire theorieën voor korstvorming. In de Sheeted Sill-hypothese, circulerend zeewater koelt veel kleine magmaafzettingen op verschillende diepten in de onderste korst, die tegelijkertijd de bovenmantel zou koelen. In de Gabbro Glacier-hypothese, magma verliest geleidelijk warmte als het wegstroomt van een centrale magmakamer.

Dygert zei dat de temperaturen die door de geothermometers werden geregistreerd, overeenkwamen met het koelproces van de Sheeted Sill.

"Het Sheeted Sill-model vereist een zeer efficiënt mechanisme voor koeling omdat kristallisatie tegelijkertijd plaatsvindt op alle verschillende diepten in de korst, " zei Dygert. "En wat we konden vinden, suggereert sterk dat de hydrothermale circulatie zeer efficiënt was in het hele korstgedeelte."

Ontdekken hoe korstvormen de kern vormen van het begrijpen van de geologische geschiedenis van onze planeet, Dygert zei, maar de resultaten kunnen ook gevolgen hebben voor de toekomst van onze planeet. Sommige wetenschappers hebben voorgesteld om koolstofdioxide (CO2) met water te mengen en in mantelgesteente te injecteren als middel om klimaatverandering tegen te gaan. De CO2 reageert met mineralen in de mantel, die de koolstof veilig opsluit in hun kristalstructuren. Echter, Dygert merkt op dat mantelgesteente dat al is blootgesteld aan zeewater mogelijk niet zo gemakkelijk reageert met CO2, wat het koolstofafvangproces zou vertragen. Dygert zei dat de nieuwe resultaten suggereren dat de circulatie van water onder de mid-oceanische ruggen effectief beperkt is tot het korstgedeelte, en dat enorme delen van de mantel onder de oceanische korst beschikbaar zouden kunnen zijn om CO2 efficiënt op te vangen.