Pluimen heet magma uit de vulkanische hotspot die het eiland Réunion in de Indische Oceaan vormde, stijgen op uit een ongewoon primitieve bron diep onder het aardoppervlak, volgens nieuw werk in Natuur van Carnegie's Bradley Peters, Richard Carlson, en Mary Horan samen met James Day van de Scripps Institution of Oceanography.

Réunion markeert de huidige locatie van de hotspot die 66 miljoen jaar geleden de Deccan Traps vloedbasalt uitbarstte, die het grootste deel van India beslaan en mogelijk hebben bijgedragen aan het uitsterven van de dinosauriërs. Overstromingsbasalt en andere hotspot-lava's worden verondersteld afkomstig te zijn uit andere delen van het diepe binnenste van de aarde dan de meeste vulkanen aan het aardoppervlak en het bestuderen van dit materiaal kan wetenschappers helpen de evolutie van onze thuisplaneet te begrijpen.

De hitte van het vormingsproces van de aarde veroorzaakte een uitgebreide smelting van de planeet, waardoor de aarde zich in twee lagen scheidde toen het dichtere ijzermetaal naar binnen zonk naar het centrum, waardoor de kern ontstaat en de silicaatrijke mantel erboven drijft.

Gedurende de daaropvolgende 4,5 miljard jaar van de evolutie van de aarde, diepe delen van de mantel zouden omhoog komen, smelten, en dan weer scheiden door dichtheid, het creëren van de aardkorst en het veranderen van de chemische samenstelling van het binnenste van de aarde in het proces. Terwijl korst terugzakt in het binnenste van de aarde - een fenomeen dat zich tegenwoordig langs de grens van de Stille Oceaan voordoet - werkt de slow motion van de aardmantel om deze materialen te roeren, samen met hun uitgesproken chemie, terug in de diepe aarde.

Maar niet de hele mantel is zo goed gemengd als dit proces zou aangeven. Er zijn nog steeds wat oudere pleisters, zoals poederachtige zakjes in een slecht gemengde kom cakebeslag. Analyse van de chemische samenstelling van vulkanisch gesteente op het eiland Réunion geeft aan dat hun bronmateriaal verschilt van andere, beter gemengde delen van de moderne mantel.

Met behulp van nieuwe isotopengegevens, het onderzoeksteam onthulde dat Réunion-lava's afkomstig zijn uit regio's van de mantel die geïsoleerd waren van de bredere, goed gemengde mantel. Deze geïsoleerde zakken werden gevormd in de eerste tien procent van de geschiedenis van de aarde.

Isotopen zijn elementen met hetzelfde aantal protonen, maar een ander aantal neutronen. Soms, het aantal neutronen dat in de kern aanwezig is, maakt een isotoop onstabiel; stabiliteit te krijgen, de isotoop zal energetische deeltjes vrijgeven in het proces van radioactief verval. Dit proces verandert het aantal protonen en neutronen en transformeert het in een ander element. Deze nieuwe studie maakt gebruik van dit proces om een ​​vingerafdruk te geven voor de leeftijd en geschiedenis van verschillende mantelzakken.

Samarium-146 is zo'n onstabiel, of radioactief, isotoop met een halfwaardetijd van slechts 103 miljoen jaar. Het vervalt tot de isotoop neodymium-142. Hoewel samarium-146 aanwezig was toen de aarde werd gevormd, het stierf heel vroeg in de kindertijd van de aarde uit, wat betekent dat neodymium-142 een goed overzicht geeft van de vroegste geschiedenis van de aarde, maar geen verslag van de aarde uit de periode dat de samarium-146 in neodymium-142 werd getransformeerd. Verschillen in de abundanties van neodymium-142 in vergelijking met andere isotopen van neodymium kunnen alleen zijn veroorzaakt door veranderingen in de chemische samenstelling van de mantel die plaatsvonden in de eerste 500 miljoen jaar van de 4,5 miljard jaar durende geschiedenis van de aarde.

De verhouding van neodymium-142 tot neodymium-144 in vulkanische rotsen van Réunion, samen met de resultaten van laboratoriumgebaseerde mimicry- en modelleringsstudies, geven aan dat ondanks miljarden jaren van mantelvermenging, Réunion-pluimmagma is waarschijnlijk afkomstig uit een bewaard gebleven deel van de mantel dat een verandering in de samenstelling heeft ondergaan als gevolg van het op grote schaal smelten van de vroegste mantel van de aarde.

De bevindingen van het team kunnen ook helpen bij het verklaren van de oorsprong van dichte regio's precies op de grens van de kern en de mantel, de zogenaamde grote lage afschuifsnelheidsprovincies (LLSVP's) en ultralage snelheidszones (ULVZ's), reflecting the unusually slow speed of seismic waves as they travel through these regions of the deep mantle. Such regions may be relics of early melting events.

"The mantle differentiation event preserved in these hotspot plumes can both teach us about early Earth geochemical processes and explain the mysterious seismic signatures created by these dense deep-mantle zones, " said lead author Peters.