An ancient, deep, and ultra-depleted mantle domain beneath the northern Atlantic Ocean
Diese Studie identifiziert eine uralte, ultra-verarmte Manteldomäne unter dem Nordatlantik, die durch hochgradige Schmelzextraktion in großer Tiefe charakterisiert ist und welche die Autoren als bewahrte Rückstände uralter Mantelplumes postulieren, die zur großräumigen kompositorischen Struktur der Erde beitragen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Tief unter der Erdoberfläche liegt ein brodelnder Ozean aus Gestein, heißer als die Oberfläche der Sonne und doch fest genug, um die Kontinente auf seinem Rücken zu tragen. Dies ist der Erdmantel, eine Schicht, die sich seit Milliarden von Jahren langsam in verschiedene chemische Familien aufgeteilt hat. Als der Planet abkühlte und sich differenzierte, drängte er leichtere Materialien nach oben, um die Kruste zu bilden, auf der wir gehen, und hinterließ tief unten ein schwereres, erschöpfteres Rückstand. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass dieser verbliebene Mantel nicht einheitlich ist. Sie haben eine breite Trennung kartiert: Der Mantel unter dem Pazifischen Ozean neigt dazu, chemisch „verarmt“ zu sein, was bedeutet, dass er bereits viele seiner leicht schmelzbaren Bestandteile abgegeben hat, während der Mantel unter Afrika und dem Indischen Ozean „angereichert“ ist und mehr dieser volatilen Komponenten zurückhält. Doch ein entscheidendes Puzzleteil fehlte weiterhin. Während die angereicherte Seite gut erforscht war, blieb die Natur und der Ursprung der extremsten, am stärksten erschöpften Taschen des Mantels ein Rätsel.
Eine neue Studie von Feng Xu und Kollegen hat nun endlich eine dieser extremen Taschen lokalisiert und enthüllt ein riesiges, uraltes Gebiet, das unter dem Nordatlantik verborgen liegt. Durch die Analyse der chemischen Fingerabdrücke von Gesteinen, die durch Vulkane und mittelozeanische Rücken an die Oberfläche gebracht wurden, identifizierten die Forscher eine Region, die weitaus stärker verarmt ist als alles, was bisher gesehen wurde. Dies ist nicht nur ein leicht ermüdeter Gesteinsfleck; es ist ein ultra-verarmtes Gebiet, ein Ort, an dem der Mantel in extremem Maße seiner Mineralien beraubt wurde. Das Team fand heraus, dass die Gesteine aus dieser Region eine einzigartige chemische Signatur tragen, insbesondere in der Art und Weise, wie sich ihre Hafnium- und Neodym-Isotope verhalten, was sie von dem verarmten Pazifik-Mantel und dem angereicherten Süd-Mantel unterscheidet.
Um zu verstehen, wie dies geschehen konnte, mussten die Forscher in die Vergangenheit blicken. Sie entwickelten ein statistisches Modell, um zu simulieren, wie der Mantel über Milliarden von Jahren schmilzt und sich verändert. Ihre Arbeit legt nahe, dass die ultra-verarmten Gchesine unter dem Nordatlantik durch ein massives, hochtemperaturbedingtes Schmelzereignis entstanden sind, das vor mindestens 800 Millionen Jahren stattfand. Entscheidend ist, dass diese Schmelze viel tiefer stattfand als die normale Schmelze, die heute an mittelozeanischen Rücken auftritt. Sie fand wahrscheinlich in der Gegenwart eines riesigen Mantelplumes statt, einer Säule aus heißem Gestein, die aus der tiefen Erde aufsteigt, welche den Mantel so gründlich seiner Mineralien beraubte, dass das verbleibende Gestein unglaublich leicht und schwimmfähig wurde.
Die Studie schließt mehrere andere Möglichkeiten für den Ursprung dieser Gesteine explizit aus. Die Forscher argumentieren, dass dieses Gebiet nicht durch die normalen, flachen Schmelzprozesse gebildet wurde, die den verarmten Pazifik-Mantel erzeugen, noch war es einfach das Ergebnis des Aufbrechens von Kontinenten oder des Recyclings der Erdkruste. Die chemischen Belege zeigen, dass die Gesteine aus dem Nordatlantik sich von denen unterscheiden, die während der Öffnung des Ozeanbeckens in den letzten 55 Millionen Jahren entstanden sind. Stattdessen deutet alles auf eine viel ältere Geschichte hin. Das Modell zeigt, dass diese ultra-verarmten Blöcke nach diesem uralten, tiefen Schmelzereignis in den unteren Mantel abgesunken sind, wo sie über hunderte Millionen Jahre lang bewahrt wurden.
Die Geschichte, wie diese Gesteine an die Oberfläche zurückkehrten, ist so dramatisch wie ihre Entstehung. Die Studie schlägt vor, dass in den letzten 50 Millionen Jahren neue Mantelplumes aus der tiefen Erde aufstiegen, spezifisch unter Island und den Azoren. Während diese Plumes aufstiegen, nahmen sie die uralten, ultra-verarmten Blöcke auf, die im unteren Mantel gewartet hatten. Diese uralten Fragmente wurden dann nach oben getragen und als Lava ausgestoßen, wodurch sie die Tiefzeit-Geschichte der Erde an die Oberfläche brachten. Diese Entdeckung verändert unser Verständnis der internen Struktur des Planeten und legt nahe, dass der Mantel nicht nur eine Mischung aus recycelten Oberflächenmaterialien und Standardrückständen ist, sondern ein komplexes Archiv, das uralte, tief liegende Domänen enthält, die seit fast einer Milliarde Jahren überdauert haben. Das Vorhandensein dieser ultra-verarmten Komponenten hilft zu erklären, warum einige vulkanische Regionen solch ungewöhnliche chemische Signaturen aufweisen, und deutet darauf an, dass die tiefe Erde Überreste ihrer frühesten, heftigsten Geschichte bewahrt, die darauf warten, wieder ans Licht gebracht zu werden.
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