Decennia lang zijn geowetenschappers verbaasd over twee immense, ongebruikelijke formaties die diep in de aardmantel verborgen zijn. Deze structuren – bekend als grote lagesnelheidsprovincies (LLSVP’s) en ultra-lagesnelheidszones (ULVZ’s) – zijn niet eenvoudig te verklaren. Nieuw onderzoek van de Rutgers Universiteit suggereert dat dit geen willekeurige anomalieën zijn, maar eerder overblijfselen uit de turbulente vroege geschiedenis van de aarde, en biedt kritische aanwijzingen waarom onze planeet bewoonbaar werd.
De raadselachtige structuren
LLSVP’s zijn massa’s van dicht, heet gesteente ter grootte van een continent, gelegen op de grens van de kern en de mantel, ongeveer 2.900 km onder het oppervlak. De ene bevindt zich onder Afrika, terwijl de andere onder de Stille Oceaan ligt. ULVZ’s zijn daarentegen dunne, gesmolten plekken die zich aan de kern zelf hechten en lijken op lavaplassen. Beide vertragen seismische golven dramatisch, wat wijst op een abnormale samenstelling.
Waarom dit belangrijk is: Het begrijpen van deze structuren gaat niet alleen over de geologie van de diepe aarde. Het gaat over het ontrafelen van de omstandigheden waardoor de aarde vloeibaar water, een ademende atmosfeer en uiteindelijk leven kon ontwikkelen. Venus en Mars eindigden, ondanks dat ze de planetaire buren van de aarde waren, drastisch verschillend; dit onderzoek suggereert dat kern-mantelinteracties de sleutel kunnen zijn tot die divergentie.
Een geschiedenis van mixen
Vroege theorieën voorspelden dat naarmate de aarde afkoelde ten opzichte van haar aanvankelijke gesmolten toestand, de mantel zich zou scheiden in verschillende chemische lagen. Seismische studies tonen echter geen dergelijke duidelijke stratificatie aan. In plaats daarvan vormen LLSVP’s en ULVZ’s onregelmatige stapels aan de basis van de planeet. Deze tegenstrijdigheid bracht onderzoekers ertoe de mogelijkheid van vermenging tussen de kern en de mantel te onderzoeken.
Het nieuwe model stelt dat gedurende miljarden jaren elementen als silicium en magnesium vanuit de kern van de aarde in de mantel zijn gelekt. Deze infusie verhinderde de vorming van starre chemische lagen, waardoor de vreemde samenstelling van de LLSVP’s en ULVZ’s ontstond als gestolde overblijfselen van een ‘basale magma-oceaan’ die vervuild was door kernmateriaal.
“Als je de kerncomponent toevoegt, zou dit kunnen verklaren wat we nu zien”, legt dr. Yoshinori Miyazaki uit, hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Nature Geoscience.
Implicaties voor de evolutie van de aarde
Deze ontdekking heeft verstrekkende gevolgen. Kern-mantel-interacties hebben mogelijk de afkoelsnelheid van de aarde, de frequentie van vulkanische activiteit en zelfs de evolutie van de atmosfeer beïnvloed. De structuren kunnen zelfs vulkanische hotspots voeden, zoals die op Hawaï en IJsland, en diepe aardse processen verbinden met oppervlakteverschijnselen.
Het grotere plaatje: Het onderzoek laat zien hoe het combineren van seismische gegevens, mineraalfysica en geodynamische modellering al lang bestaande mysteries kan oplossen. Door deze velden te integreren, bouwen wetenschappers een duidelijker beeld op van de vormingsprocessen van de aarde.
‘Het idee dat de diepe mantel nog steeds het chemische geheugen van vroege kern-mantel-interacties kan bevatten, opent nieuwe manieren om de unieke evolutie van de aarde te begrijpen’, zegt dr. Jie Deng, co-auteur van Princeton University.
Uiteindelijk biedt dit onderzoek meer zekerheid over waarom de aarde is geëvolueerd tot de unieke, bewoonbare planeet die ze nu is. De diepe mantel is niet alleen een geologische curiositeit; het is een opslagplaats van de vroegste geschiedenis van de planeet, wachtend om te worden ontcijferd.
