Het volume van de aarde bestaat voor 85% uit de aardmantel. De aardmantel is vast gesteente, maar uit welke steensoorten bestaat de mantel precies, en hoe zijn ze over de mantel verdeeld? Een internationaal team van onderzoekers - waaronder UT-onderzoeker Dr. Juan Carlos Afonso (faculteit ITC) - toonde zakken gesteenten met abnormale eigenschappen aan die vermoedelijk ooit aan de oppervlakte zijn ontstaan, langs subductiezones naar enorme diepten zijn getransporteerd en zich op specifieke diepten in de aardmantel hebben opgehoopt.
Direct naar de binnenkant van de aarde kijken is onmogelijk. Inzichten in de samenstelling van de mantel, die nodig zijn om het ontstaan van de aarde te begrijpen, zijn afhankelijk van indirecte waarnemingen. Neem seismologen, zij kijken naar specifieke kenmerken van seismische golven om het soort materiaal te ontrafelen waar de golven doorheen zijn gegaan. In een recent onderzoek, gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift PNAS, gebruikten Dr. Juan Carlos Afonso - een geofysicus - en zijn partners computersimulaties en een grote hoeveelheid seismische gegevens om te onthullen wat er gebeurt met de aardkorst onder de oceaan wanneer deze diep in de mantel wordt ondergedompeld.
Abnormale ophoping van basalt
In de studie werd een abnormale accumulatie ontdekt van een gesteentetype dat ‘basalt’ wordt genoemd (een gesteente waaruit de korst onder de oceaan bestaat) aan de basis van de zogenaamde "overgangszone van de mantel", een gebied op ongeveer 500 km onder onze voeten dat de bovenste en onderste mantel scheidt. De geografische verspreiding van deze materialen laat de onderzoekers denken dat de belangrijkste leveringsmechanisme de subductie van oceaanplaten is (een tektonische plaat die onder een andere schuift) en dat er grote brokken basalt loskomen van die gesubduceerde oceaanplaten. De voorkeursaccumulatie van deze basaltcomponent in de overgangszone brengt een proces van recyling binnen de planeet aan het licht en wijst erop dat deze regio van de mantel werkt als poortwachter voor het warmte- en massatransport door de mantel.
700 miljoen jaar
Nadat ze het volume basalt in de overgangszone hadden gemeten, combineerden de onderzoekers die kennis met de snelheid waarmee basalt wordt aangevoerd. Die staat in direct verband met de drijfsnelheid van platen aan het oppervlak. De onderzoekers schatten een tijdschaal van 700 miljoen jaar voor het aanvullen van het basaltreservoir in de overgangszone. Dit is ruwweg zeven keer langer dan de tijd die de gesubduceerde platen nodig hebben om vanaf het oppervlak de kern-mantelgrens te bereiken. Dit betekent dat de huidige samenstelling van de mantel nabij de overgangszone het resultaat is van meerdere cycli van subductie, segregatie en accumulatie.
De wetenschappers hopen hun benadering algemener te maken voor meer verschillende seismische golven, zodat zij in de toekomst de meng- en segregatiemechanismen van de verschillende soorten gesteente binnenin de aarde beter begrijpen.
Meer informatie
Dr. Juan Carlos Afonso is universitair hoofddocent bij het department of Applied Eart Sciences (AES; faculteit ITC). Bij dit werk waren de wetenschappers Benoit Tauzin en Thomas Bodin van het Laboratoire de Géologie de Lyon betrokken: Terre, Planètes, Environment (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), Lauren Waszek van de James Cook University in Australië en Maxim Ballmer van het University College London in Engeland.
Ze publiceerden hun onderzoek, getiteld "Basaltic reservoirs in the Earth's mantle transition zone" in PNAS, een gepeerreviewd wetenschappelijk tijdschrift van de National Academy of Sciences.
