"Het mechanisme dat ervoor zorgde dat de korst die door zeewater was veranderd, in de mantel zakte, functioneerde meer dan 3,3 miljard jaar geleden. Dit betekent dat een wereldwijde cyclus van materie, die ten grondslag ligt aan de moderne platentektoniek, werd opgericht in de eerste miljard jaar van het bestaan ​​van de aarde, en het overtollige water in de overgangszone van de mantel kwam van de oude oceaan op het oppervlak van de planeet, " zei projectleider en co-auteur van het artikel Alexander Sobolev, een lid van de Russische Academie van Wetenschappen (RAS) en doctor in de geologische en mineralogische wetenschappen die professor is aan het Vernadsky Instituut voor Geochemie en Analytische Chemie onder de Russische Academie van Wetenschappen.

De aardkorst bestaat uit grote continu bewegende blokken die tektonische platen worden genoemd. Bergen ontstaan ​​wanneer deze platen botsen en omhoog komen, en de schok van de botsingen leidt tot aardbevingen en tsunami's. Deze platen bewegen zeer actief onder de Wereldoceaan:oude oceanische korst, inclusief de mineralen die zeewater hebben opgenomen, zakt diep in de aardmantel. Een deel van dit water komt door inwerking van hoge temperaturen weer vrij en speelt een rol bij vulkaanuitbarstingen, zoals die in Kamtsjatka voorkomen, de Koerilen-eilanden en Japan. Het water dat bij hogere temperaturen in mineralen van de oceanische korst achterblijft, daalt verder af in de diepe mantel en hoopt zich op een diepte van 410-660 km op in de structuur van de mineralen wadsleyiet en ringwoodiet en hogedrukmodificaties van olivijn (magnesiumijzersilicaat ), het belangrijkste mineraal van de mantel. Experimenten hebben aangetoond dat deze mineralen aanzienlijke hoeveelheden water en chloor kunnen bevatten. Dit is hoe het grootste deel van de wereldoceaan gedurende de miljarden jaren van haar bestaan ​​in het binnenste van de planeet kan worden 'gepompt'.

Dit proces is slechts een onderdeel van de wereldwijde cyclus van de materie van de aarde, die convectie wordt genoemd en de platentektoniek ondersteunt, een kenmerk dat onze planeet onderscheidt van alle andere lichamen in het zonnestelsel. Veel wetenschappers bestuderen dit mechanisme, proberen te begrijpen in welk stadium van de geschiedenis van de aarde het verscheen.

Om de mantel van onze planeet te bestuderen en de samenstelling ervan te onderzoeken, geochemici (wetenschappers die gespecialiseerd zijn in de chemische samenstelling van de aarde en de processen van rotsvorming) gebruiken monsters van vulkanisch gesteente dat bestaat uit gestold magma van de mantel. Dit is een silicaatsmelt verrijkt met vluchtige componenten, zoals water, kooldioxide, chloor en zwavel. Er zijn verschillende soorten magma:wetenschappers gebruiken vaak basaltlava (met een temperatuur van ongeveer 1200°C), maar komatiitisch magma, die tijdens de vroege geschiedenis van de aarde tot uitbarsting kwam, heter is (bij 1500-1600°C). Het kan helpen om de evolutie van de binnenste lagen van de aarde te beschrijven, omdat het beter aansluit bij de samenstelling van de mantel.

Komatiieten zijn een soort vulkanisch gesteente dat miljarden jaren geleden is gevormd uit komatitisch magma en waarvan de samenstelling in de tussenliggende tijdperken drastisch is veranderd. Het geeft geen informatie meer over het gehalte aan vluchtige componenten, zoals water en chloor. Maar deze rotsen bevatten nog steeds overblijfselen van het magmatische mineraal olivijn, die tijdens het kristallisatieproces insluitsels van gestold magma opsloot en ze beschermde tegen latere veranderingen. dergelijke insluitsels, slechts tientallen microns breed, bewaar gedetailleerde informatie over de samenstelling van komatiitische smelten, inclusief het gehalte aan water en chloor en de isotopensamenstelling van waterstof. Om deze informatie te extraheren, insluitsels van gestold magma moeten worden verwarmd tot het natuurlijke smeltpunt van meer dan 1500 ° C en vervolgens onmiddellijk worden getemperd om helder gehard glas te produceren dat later kan worden gebruikt voor chemische analyses.

in 2016, een internationale groep onder leiding van wetenschappers van het Vernadsky Institute for Geochemistry and Analytical Chemistry bestudeerde komatitisch magma van de Abitibi Greenstone Belt in Canada, die 2,7 miljard jaar oud is. Greenstone-gordels zijn gebieden die bestaan ​​uit magmatische rotsen die groenachtige mineralen bevatten. Dit was het eerste artikel dat het team publiceerde in Natuur als onderdeel van het project dat wordt ondersteund door de subsidie ​​van de Russian Science Foundation. In die tijd, de wetenschappers verzamelden eerste gegevens over het gehalte aan water en een verscheidenheid aan labiele elementen, zoals chloor, lood en barium, in de overgangszone tussen de bovenste en onderste mantellagen op een diepte van 410-660 km, wat hen ertoe bracht te veronderstellen dat er ooit een oud ondergronds waterreservoir bestond dat qua massa vergelijkbaar was met de huidige wereldoceaan. De wetenschappers geloven dat een dergelijke hoeveelheid water werd verzameld in de vroege stadia van de ontwikkeling van de aarde.

"In het nieuwe artikel we hebben geochemische gegevens gepresenteerd die aangeven dat de cyclus van wereldwijde onderdompeling van oceanische korst in de mantel veel eerder begon dan de meeste experts dachten, en het zou al in de eerste miljard jaar van de geschiedenis van de aarde kunnen hebben gefunctioneerd, " merkte Alexander Sobolev op.

In de loop van het werk, de wetenschappers onderzochten opnieuw de samenstelling van komatiiet magma, maar van een andere oorsprong:het werd verzameld in de Barberton Greenstone Belt in Zuid-Afrika, die 3,3 miljard jaar oud is. Het magma werd verwarmd met behulp van een gespecialiseerd apparaat voor hoge temperaturen dat temperaturen tot 1700°C kan weerstaan. De geochemici ontdekten dat het eerder ontdekte diepe waterhoudende reservoir al aanwezig was in de aardmantel in het paleoarchische tijdperk, 600 miljoen jaar eerder dan vastgesteld in de vorige studie.