Auf der heutigen Erde verändert die Plattensubduktion kontinuierlich die chemische Zusammensetzung des Konvektionsmantels, und verschiedene mit diesen Prozessen verbundene Mantelquellen wurden umfassend untersucht. Doch wann trat die globale chemische Heterogenität des Konvektionsmantels zum ersten Mal in der geologischen Geschichte der Erde auf? Wie könnte die geodynamische Entwicklung der Erde die chemische Zusammensetzung des Konvektionsmantels im Laufe der Zeit beeinflusst haben?
Forscher des Instituts für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IOCAS) haben zusammen mit Mitarbeitern aus Australien, der Schweiz und den USA versucht, diese Fragen durch eine fundierte Zusammenstellung geochemischer und isotopischer Daten zu intrakontinentalen Basaltgesteinen der letzten Milliarde zu beantworten Jahre.
„Diese Studie wirft Licht auf den langfristigen Materialkreislauf im Erdinneren über geologische Zeitskalen“, sagte Prof. Liu He vom IOCAS, korrespondierender Autor der Studie.
Die Studie war veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritte am 16. Okt.
Die statistische Analyse der Zusammensetzung intrakontinentaler Basalte zeigt, dass intrakontinentale Basalte mit Neodym (Nd)-Isotopen-angereicherten geochemischen Signaturen (εNd) vorliegen
Da die paläogeografische Lage der angereicherten intrakontinentalen Basalte und Kimberlite darauf hindeutet, dass die Mantelanreicherung nicht durch die Entfernung von Subduktionszonen beeinflusst wurde, schlugen die Forscher vor, dass die angereicherten Signaturen in diesen intrakontinentalen Basalten und Kimberliten von älteren, weiter entfernten Subduktionsereignissen stammten.
Die moderne Plattentektonik, die durch die Subduktion der kontinentalen Kruste und das Abbrechen tiefer Platten gekennzeichnet ist, begann im späten Neoproterozoikum (vor etwa 600–700 Millionen Jahren). Unter dem modernen tektonischen Regime führten weit verbreitete Kaltsubduktion und Subduktion der kontinentalen Kruste zusammen mit einem erhöhten Subduktionsfluss während der Bildung von Superkontinenten dazu, dass Materialien aus der Kruste und dem oberen Mantel in den unteren Mantel gelangten. Nach mehr als 300 Millionen Jahren könnten diese subduzierten Platten durch Mantelaufschwünge zurück in den oberen Erdmantel transportiert werden.
„Dieser Prozess könnte die Zusammensetzung des konvektierenden Mantels grundlegend verändert und zur Bildung angereicherter Magmen beigetragen haben, was schließlich zu einer chemischen Heterogenität des Mantels im globalen Maßstab geführt hat“, sagte Dr. Chen Qian vom IOCAS, Erstautor der Studie.
Der Fund angereicherter, aus dem Erdmantel stammender Magmen, die etwa vor ca. 300 Millionen Jahre nach Beginn der modernen Plattentektonik liefert den Forschern zufolge wichtige Einblicke in die von der Plattentektonik angetriebenen Prozesse, die an der Zusammensetzungsvielfalt des konvektiven Erdmantels beteiligt sind.
„Der Zeitrahmen stimmt mit Modellen überein, die darauf hindeuten, dass subduzierte Materialien eine beträchtliche Zeit benötigen, um durch diese dynamischen Prozesse die Zusammensetzung des oberen Mantels zu beeinflussen“, sagte Prof. Liu.
Weitere Informationen:
Qian Chen et al., Globale Mantelstörungen nach dem Einsetzen der modernen Plattentektonik, Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adq7476