Oud, verschillend, continent-sized regio's van rotsen, geïsoleerd sinds vóór de botsing die de maan 4,5 miljard jaar geleden creëerde, honderden mijlen onder de aardkorst bestaan, een venster bieden op de bouwstenen van onze planeet, volgens nieuw onderzoek.

De nieuwe studie in het AGU-tijdschrift Geochemie, Geofysica, Geosystemen gebruikte modellen om de locatie en oorsprong te traceren van vulkanische gesteentemonsters die over de hele wereld zijn gevonden, terug naar twee vaste continenten in de diepe mantel. Het nieuwe onderzoek suggereert dat de specifieke gigantische rotsgebieden al 4,5 miljard jaar bestaan, sinds het begin van de aarde.

Eerder, wetenschappers theoretiseerden dat gescheiden continenten in de diepe mantel afkomstig waren van ondergedompelde oceanische platen. Maar de nieuwe studie geeft aan dat deze verschillende regio's mogelijk zijn gevormd uit een oude magma-oceaan die stolde tijdens het begin van de vorming van de aarde en mogelijk de enorme maan-creërende impact heeft overleefd.

Het bepalen van de oorsprong van de massa's onthult meer details over hun evolutie en samenstelling, evenals aanwijzingen over de geschiedenis van de oeraarde in het vroege zonnestelsel, volgens de auteurs van de studie.

Het is verbazingwekkend dat deze regio's het grootste deel van de vulkanische geschiedenis van de aarde relatief onaangetast hebben overleefd. zei Curtis Williams, een geoloog aan de Universiteit van Californië, Davis, in Davis, Californië en hoofdauteur van de studie.

Naar binnen kijken

De mantel is een laag gesteente, uitrekken 2, 900 kilometer (1, 802 mijl) in de aarde. aarde is gesmolten, vloeistof, metalen kern ligt onder de mantel. De kern-mantelgrens is waar de vaste mantel de metalen vloeibare kern ontmoet.

Wetenschappers wisten uit eerdere seismische beeldvormingsstudies dat er twee individuele rotslichamen bestonden in de buurt van de kern-mantelgrens. Het ene massief rotslichaam bevindt zich onder Afrika en het andere onder de Stille Oceaan.

Seismische golven, de trillingen veroorzaakt door aardbevingen, anders door deze massa's bewegen dan de rest van de mantel, wat suggereert dat ze verschillende fysieke eigenschappen hebben van de omringende mantel. Maar geologen konden niet bepalen of seismische golven anders door de kernmantelcontinenten bewogen vanwege verschillen in hun temperatuur. minerale samenstelling of dichtheid, of een combinatie van deze eigenschappen. Dat betekende dat ze alleen een hypothese konden stellen over de oorsprong en geschiedenis van de afzonderlijke rotsmassa's.

"We hadden al deze geochemische metingen vanaf het aardoppervlak, maar we wisten niet hoe we deze geochemische metingen moesten relateren aan gebieden in het binnenste van de aarde. We hadden al deze geofysische beelden van het binnenste van de aarde, maar we wisten niet hoe we dat moesten relateren aan de geochemie aan het aardoppervlak, ' zei Willems.

Primitief materiaal en pluimen

Williams en zijn collega's wilden de oorsprong en evolutie van de verschillende massa's bepalen om meer te weten te komen over de samenstelling en het verleden van de aarde. Om dit te doen, ze moesten monsters op het aardoppervlak met hogere concentraties primitief materiaal kunnen identificeren en die monsters vervolgens terug kunnen traceren naar hun oorsprong.

Wetenschappers nemen vaak gesteentemonsters uit vulkanische gebieden zoals Hawaï en IJsland, waar diepe mantelpluimen, of kolommen van extreem hete rots, rijzen uit de gebieden nabij de kern, smelten in de ondiepe mantel en komen ver van tektonische breuklijnen tevoorschijn. Deze monsters zijn gemaakt van stollingsgesteente gemaakt van afkoelende lava. De auteurs van het onderzoek gebruikten een bestaande database met monsters en verzamelden ook nieuwe monsters uit vulkanisch actieve gebieden zoals de Balleny-eilanden op Antarctica.

Geologen kunnen specifieke isotopen in stollingsgesteenten meten om meer te weten te komen over de oorsprong en evolutie van de aarde. Sommige isotopen, zoals Helium-3, zijn primordiaal, wat betekent dat ze zijn gemaakt tijdens de oerknal. Rotsen dichter bij de aardkorst hebben minder van de isotoop dan rotsen dieper onder de grond die nooit aan lucht zijn blootgesteld. Men denkt dat monsters met meer Helium-3 afkomstig zijn van meer primitieve rotsen in de mantel.

De onderzoekers ontdekten dat sommige van de monsters die ze bestudeerden meer Helium-3 bevatten, wat aangeeft dat ze mogelijk afkomstig zijn van primitieve rotsen diep in de aardmantel.

De onderzoekers gebruikten vervolgens een nieuw model om na te gaan hoe deze primitieve monsters vanuit de mantel naar het aardoppervlak konden zijn gekomen. Geologische modellen gaan ervan uit dat pluimen verticaal opstijgen van diep in de mantel naar het aardoppervlak. Maar pluimen kunnen uit de koers raken, afgebogen, om verschillende redenen. Het nieuwe model hield rekening met deze pluimafbuiging, waardoor de auteurs van het onderzoek de monsters konden traceren naar de twee gigantische massa's nabij de kern-mantelgrens.

De combinatie van de isotoopinformatie en het nieuwe model stelde de onderzoekers in staat om de samenstelling van de twee gigantische massa's te bepalen en te theoretiseren hoe ze zich hebben gevormd.

Het begrijpen van de samenstelling van specifieke rotsmassa's nabij de kern-mantelgrens helpt geologen om oude aardvormende processen te conceptualiseren die hebben geleid tot de moderne mantel, volgens de auteurs van de studie.

"Het is een robuuster kader om te proberen deze vragen te beantwoorden in termen van het niet maken van deze aannames van verticaal stijgend materiaal, maar eerder om rekening te houden met hoeveel afbuiging deze pluimen hebben gezien, ' zei Willems.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan AGU Blogs (http://blogs.agu.org), een gemeenschap van blogs over aarde en ruimtewetenschap, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.