Wat is de chemische samenstelling van het binnenste van de aarde? Omdat het onmogelijk is om dieper dan ongeveer tien kilometer diep in de aarde te boren, vulkanische rotsen gevormd door het smelten van het diepe binnenste van de aarde bieden vaak dergelijke informatie. Geochemici van de universiteiten van Münster (Duitsland) en Amsterdam (Nederland) hebben onderzoek gedaan naar de vulkanische rotsen die de Portugese eilandengroep van de Azoren vormen. Hun doel:nieuwe informatie verzamelen over de compositorische evolutie van de aardmantel, dat is de laag ongeveer tussen 30 en 2, 900 kilometer diep in de aarde. Met behulp van geavanceerde analytische technieken, ze ontdekten dat de samenstelling van de mantel onder de Azoren anders is dan eerder werd gedacht - wat suggereert dat grote delen ervan verrassend weinig zogenaamde onverenigbare elementen bevatten. Dit zijn chemische elementen die, als gevolg van het constant smelten van de aardmantel, zich ophopen in de aardkorst, dat is de buitenste vaste laag van de aarde.

De onderzoekers concluderen dat, over de geschiedenis van de aarde, een groter deel van de aardmantel is gesmolten - en heeft uiteindelijk de aardkorst gevormd - dan eerder werd gedacht. "Om het materiële budget tussen aardmantel en korst in stand te houden, massafluxen tussen het oppervlak en het binnenste van de aarde moeten met een hogere snelheid hebben gewerkt, " zegt prof. Andreas Stracke van de Münster Universiteit, wie de studie leidt.

Aangezien het materiaal onder de Azoren vanuit heel diep in de aardmantel oprijst - en onverwacht gelijk is aan het grootste deel van het bovenste deel - kan de samenstelling van de gehele aardmantel verschillen van het huidige denken. "Onze resultaten hebben een nieuw perspectief geopend, " zegt Andreas Stracke, "omdat we nu de samenstelling van het grootste deel van de aarde opnieuw zullen moeten beoordelen - per slot van rekening De mantel van de aarde is goed voor meer dan 80 procent van het volume van de aarde." De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen .

Achtergrond en methode

In hun studie hebben de geochemici onderzochten het mineraal olivijn en zijn smeltinsluitsels, dat wil zeggen magma ingekapseld tijdens de kristallisatie van olivijn voordat de lava uitbrak. De onderzoekers isoleerden deze smeltinsluitsels, slechts een paar micrometer groot, loste ze chemisch op en scheidde bepaalde chemische elementen. Deze elementen worden tijdens hun leven en opstijgen uit het binnenste van de aarde veranderd door radioactief verval, waarbij ze honderden of zelfs duizenden miljoenen jaren over duizenden kilometers reizen.

De onderzoekers analyseerden de isotopensamenstelling van de smelten met zeer gevoelige massaspectrometers. Met dergelijke methoden kan de relatieve abundantie van verschillende atomen in een element worden gemeten - zogenaamde isotopen. "Door de hoge efficiëntie van onze metingen, we waren in staat om de isotopensamenstelling van een miljardste gram van het element te analyseren, " zegt co-auteur Dr. Felix Genske van het Instituut voor Mineralogie van de Universiteit van Münster, die het grootste deel van het analytische werk heeft verricht. Op deze manier, de onderzoekers kregen indirect informatie over de samenstelling van het materiaal in de aardmantel:uit de isotopenanalyses bleek dat het veel minder zeldzame aardelementen zoals samarium en neodymium bevat, maar ook van chemisch vergelijkbare elementen zoals thorium en uranium.

"Op basis van vergelijkbare geochemische gegevens in vulkanisch gesteente uit verschillende regio's, bijv. Hawaii, andere delen van de aardmantel kunnen ook een groter aandeel materiaal bevatten dat sterk is uitgeput in onverenigbare elementen, ", zegt Andreas Stracke. De onderzoekers veronderstellen dat dit wereldwijde tekort kan worden gecompenseerd door een hogere mate van recycling van de onverenigbare elementrijke aardkorst terug in de aardmantel. Met hun voortdurende studies willen de onderzoekers hun werkhypothese bevestigen door monsters van andere vulkanische eilanden over de hele wereld.