In talloze wetenschappelijke leerboeken op de lagere school, de aardmantel is een geel-oranje gradiënt, een vaag gedefinieerde laag tussen de korst en de kern.

aan geologen, de mantel is zoveel meer dan dat. Het is een regio die ergens tussen de kou van de korst en de heldere hitte van de kern leeft. Hier wordt de oceaanbodem geboren en sterven tektonische platen.

Een nieuw artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen schetst een nog ingewikkelder beeld van de mantel als een geochemisch divers mozaïek, heel anders dan de relatief uniforme lava's die uiteindelijk de oppervlakte bereiken. Nog belangrijker, een kopie van dit mozaïek zit diep in de korst verborgen. De studie wordt geleid door Sarah Lambart, assistent-professor geologie aan de Universiteit van Utah, en wordt gefinancierd door het Horizon 2020 onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie en de National Science Foundation.

"Als je naar een schilderij van Jackson Pollock kijkt, je hebt veel verschillende kleuren, " zegt Lambart. "Die kleuren vertegenwoordigen verschillende mantelcomponenten en de lijnen zijn magma's die door deze componenten worden geproduceerd en naar de oppervlakte worden getransporteerd. Je kijkt naar de gele lijn, het zal niet veel mengen met rood of zwart."

Primitieve mineralen

Onze beste toegang tot de mantel komt in de vorm van lava die uitbarst op mid-oceanische ruggen. Deze richels bevinden zich in het midden van de oceaanbodem en genereren nieuwe oceaankorst. Monsters van deze lava laten zien dat het chemisch vrijwel overal op de planeet hetzelfde is.

Maar dat staat haaks op wat er aan de andere kant van de levenscyclus van de korst gebeurt. Oude oceaankorst verspreidt zich weg van mid-oceanische ruggen totdat het onder een continent wordt geschoven en terug in de mantel zakt. Wat er daarna gebeurt, is enigszins onduidelijk, maar als zowel de mantel als de oude korst smelten, er moet enige variatie zijn in de chemische samenstelling van de magma's.

Dus Lambart en haar collega's uit Wales en Nederland, probeerde te ontdekken hoe de mantel eruitziet voordat hij opkomt als lava op een mid-oceanische rug. Ze onderzochten kernen, geboord door de oceaankorst, om te kijken naar cumulatieve mineralen:de eerste mineralen die kristalliseren wanneer de magma's de korst binnendringen.

"We hebben gekeken naar het meest primitieve deel van deze mineralen, "Lambart zegt, eraan toevoegend dat zodra ze de primitieve mineralen hadden gevonden, ze alleen de chemische samenstelling van die allereerste mineralen analyseerden. "Als je niet echt naar het meest primitieve deel kijkt, verlies je misschien het signaal van deze eerste smelt die aan de korst is geleverd. Dat is de originaliteit van ons werk."

Ze analyseerden de monsters centimeter voor centimeter om te kijken naar variaties in isotopen van neodymium en strontium, wat kan duiden op verschillende chemische eigenschappen van mantelmateriaal dat afkomstig is van verschillende soorten gesteente. "Als je isotopenvariabiliteit in je cumulaties hebt, dat betekent dat je ook isotopenvariabiliteit in de mantel moet hebben, ' zegt Lambart.

Wanneer de blender wordt ingeschakeld

Dat is precies wat het team vond. De hoeveelheid isotopenvariabiliteit in de cumulaten was zeven keer groter dan die in de lava's van de mid-oceanische bergkam. Dat betekent dat de mantel verre van goed gemengd is en dat deze variabiliteit behouden blijft in de cumulaties.

De waarschijnlijke reden, Lambart zegt, is dat verschillende gesteenten bij verschillende temperaturen smelten. De eerste steen die smelt, bijvoorbeeld de oude korst, kan kanalen creëren die magma naar de korst kunnen transporteren. Het smelten van een ander type gesteente kan hetzelfde doen. Het eindresultaat is verschillende netwerken van kanalen die samenkomen in de richting van de mid-oceanische rug, maar niet vermengen - luisterend naar de verfstrepen op een schilderij van Jackson Pollock.

Om erachter te komen wat deze bevinding betekent voor de geologie, Stel je een smoothie voor. Nee - ga verder terug dan dat en stel je de blenderkan vol fruit voor, ijs, melk en andere ingrediënten. Dat is net als de mantel:discrete ingrediënten, net zo verschillend van elkaar als een aardbei van een bosbes. De volledig gemengde smoothie is als de lava van de mid-oceanische bergrug. Het is volledig gemengd. Op een bepaald punt tussen de diepe mantel en de mid-oceanische rug, Earth zet de blender aan. Lambart zegt dat haar resultaten laten zien dat aan de top van de mantel, het mixen is nog niet gebeurd. de blender, het blijkt, gaat pas aan ergens in de korst.

Lambarts werk helpt haar en andere geologen om hun idee van hoe materiaal door de mantel omhoog beweegt naar de oppervlakte te herdefiniëren.

"Het probleem is dat we een manier moeten vinden om de geodynamische aarde te modelleren, inclusief platentektoniek, om daadwerkelijk te reproduceren wat vandaag in de rots is vastgelegd, "zegt ze. "Tot nu toe ontbreekt deze link."

Nu richt Lambart een nieuw experimenteel petrologisch laboratorium op om de omstandigheden te bestuderen waaronder de magma's hun chemische samenstelling behouden tijdens hun reis door de mantel en de korst.