Ooit lag het hele aardoppervlak bedolven onder een oceaan van magma, die later is afgekoeld en versteend. Van dat oerverschijnsel hebben aardwetenschappers nu restanten gevonden in het magma van een jonge vulkaan in de Indische Oceaan.
Een onderwatervulkaan, die omhoogkomt aan de kust van Madagaskar, spuwt chemische sporen van een magmaoceaan uit de eerste honderd miljoen jaar van de aardse geschiedenis.
De sporen moeten over de jaren bewaard zijn gebleven in de aardmantel – de dikke laag gesmolten gesteente onder onze aardkorst. En dat terwijl de meeste wetenschappers ervan uitgingen dat de aardmantel al ruim vier miljard jaar borrelend en roerend het gros van de chemische sporen wegvaagt uit ’s werelds vroegste tijdsperiodes.
‘Deze ontdekking zal een hoop veranderen in de aardwetenschap. We hebben nu bewijs dat je zelfs materiaal van meer dan 4.5 miljard jaar oud op kunt sporen in vulkaanresten. Dat is echt het prille begin van onze planeet’, zegt geologisch scheikundige Catherine Chauvel van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS) in Parijs.
De eerste aardkorst
Tijdens het eerste geologische tijdperk van de aarde – het Hadeïcum – botste er een object op de aarde van Mars-formaat. Het object liet brokstukken los waaruit de maan later is ontstaan, zo denken wetenschappers. De hitte die bij deze botsing vrijkwam, deed het gesteente aan het oppervlak van de jonge aarde smelten tot magmasoep. In de miljoenen jaren die volgden, koelde het gesteente af en harde het uit: de allereerste aardkorst vormde zich over de mantel heen.
Sommige aardwetenschappers hadden de stille hoop dat er nog herkenbare sporen van deze oerkorstvorming smeulen in de aardmantel. Maar het ontbrak ze aan een analysemethode die precies genoeg was om het te kunnen bewijzen, zegt Chauvel.
Vulkaanchemie
In mei 2018 werd het Franse eiland Mayotte, tussen Madagaskar en Mozambique, getroffen door een ongebruikelijke golf aardbevingen. Die leidde tot de ontdekking van een jonge vulkaan ongeveer 50 kilometer richting het oosten: de Fani Maoré. In de drie jaar die volgden, stuwden zijn uitbarstingen zóveel magma onder Mayotte vandaan, dat het eiland zo’n 20 centimeter zonk.
Chauvel en haar collega’s verzamelden stukjes vulkanisch gesteente van de Fani Maoré en het nabijgelegen Mayotte, om de chemie van de nieuwe vulkaan te vergelijken met die van een ouder vulkanisch systeem. De vulkaanchemie in kwestie: minuscule verschillen in isotopen van het zeldzame aardmetaal neodymium. Verhoudingen van deze isotopen vormen een chemisch archief van hoe de aardse magmaoceaan uitharde naarmate de jonge planeet koeler werd.
Om deze verschillen te kunnen meten, hadden ze een nieuwe, ultra-nauwkeurige techniek nodig. Het Franse instituut ging daarom een samenwerking aan met geologisch scheikundige Claudine Israel van de Cambridge-universiteit in Londen.
Matig gemixt
Het onderzoeksteam ontdekte dat de lava van de Fani Maoré een iets hogere verhouding neodymium-142 op nedymium-144 bevatte, vergeleken met de lava uit Mayotte. Dat verschil hint naar het bestaan van een stuk oermantel dat is ontsnapt aan miljarden jaren magmaroering, omdat het nog relatief rijk is aan bridgmaniet: een mineraal dat waarschijnlijk een van de eerste stoffen was uit de oeroude magmaoceaan die is uitgehard.
‘Het is altijd opwindend om iets te vinden waar je al jaren naar opzoek bent – en wat nog niemand anders heeft gevonden’, zegt Chauvel.
De uitkomst suggereert dat de aardmantel misschien helemaal niet zo goed is gemixt als veel geologen dachten. Dat inzicht kan wetenschappers helpen bij het reconstrueren van de uitharding van de oeroude magmaoceaan, zegt Israel.
‘We hebben nu voor het eerst experimenteel aangetoond hoe de mantel van de magmaoceaan uitharde, en hoe dat vanaf het prilste begin chemische verschillen teweeg heeft gebracht’, zegt ze.
Uniek inkijkje
De ontdekking is een geloofwaardig bewijs voor het feit dat de aardmantel nog extreem oud materiaal bewaart, zegt geoloog Tim Johnson van de Curtin-universiteit in Perth, Australië. ‘Dat lijkt me een spannende vooruitgang’, zegt hij.
‘Het is een gigantische klus om zo’n precieze techniek netjes aan de praat te krijgen. En blijkbaar is het ze toch gelukt’, zegt aardwetenschapper Bernard Bourdon van het CNRS in Lyon.
De studie geeft ons een uniek inkijkje in een periode van de aardse geschiedenis waarvan er nauwelijks meer direct bewijs bestaat, voegt Bourdon toe. ‘Het is alsof je een stukje van de aardkern hebt ontdekt dat op wonderbaarlijke wijze is opgedoken aan het oppervlak.’
Wat geoloog Richard Carlson van het Carnegie-wetenschapscentrum uit Washington D.C. betreft, is de nauwkeurigheid alleen al noemenswaardig. ‘Iedereen die ervaring heeft met dit soort metingen zou de studie zien als een grootse prestatie’, zegt hij.
Geef een reactie