Die Bergung von Gesteinen aus dem Erdmantel könnte Geheimnisse der Planetengeschichte enthüllen

Wissenschaftler haben den ersten langen Abschnitt von Gestein geborgen, das aus dem Erdmantel stammt, der Schicht unter der Erdkruste und dem größten Bestandteil des Planeten.

Die Gesteine ​​werden nach Aussage des Teams dabei helfen, die Rolle des Erdmantels bei der Entstehung des Lebens auf der Erde zu entschlüsseln, sowie Erkenntnisse über die vulkanische Aktivität, die beim Schmelzen des Mantels entsteht und wie dieser die globalen Kreisläufe wichtiger Elemente wie Kohlenstoff und Wasserstoff antreibt.

Die nahezu durchgehenden 1.268 Meter Mantelgestein wurden während der Expedition 399 „Bausteine ​​des Lebens, Atlantis-Massiv“ des Hochseebohrschiffs JOIDES Resolution im Frühjahr 2023 aus einem „tektonischen Fenster“ geborgen, einem Abschnitt des Meeresbodens, wo Gestein aus dem Mantel entlang des Mittelatlantischen Rückens freigelegt wurde.

Die Bergung des Bohrkerns, der bereits in den frühen 1960er Jahren begonnen hatte, war eine rekordverdächtige Leistung. Angeführt wurde der Vorgang vom International Ocean Discovery Program, einem internationalen Meeresforschungskonsortium aus über 20 Ländern, das Kerne – zylindrische Sediment- und Gesteinsproben – vom Meeresboden holt, um die Erdgeschichte zu erforschen.

Seitdem erstellt das Expeditionsteam ein Inventar der geborgenen Mantelgesteine, um deren Zusammensetzung, Struktur und Kontext zu verstehen.

Ihr Papier, „Ein langer Abschnitt von serpentinisiertem Peridotit aus dem verarmten Mantel“ veröffentlicht in Wissenschaftenthüllt eine längere Schmelzgeschichte der geborgenen Gesteine ​​als erwartet.

Der leitende Autor, Professor Johan Lissenberg von der School of Earth and Environmental Sciences der Cardiff University, sagte: „Als wir die Gesteine ​​im vergangenen Jahr bargen, war das ein großer Erfolg in der Geschichte der Geowissenschaften, aber ihr Wert liegt noch mehr darin, was uns die Kerne der Mantelgesteine ​​über die Zusammensetzung und Entwicklung unseres Planeten sagen können.“

„Unsere Studie beginnt mit der Untersuchung der Zusammensetzung des Erdmantels, indem wir die Mineralogie und die chemische Zusammensetzung der geborgenen Gesteine ​​dokumentieren.

„Unsere Ergebnisse unterscheiden sich von unseren Erwartungen. Das Mineral Pyroxen ist in den Gesteinen viel weniger enthalten und die Gesteine ​​weisen sehr hohe Konzentrationen an Magnesium auf. Beides ist das Ergebnis einer viel stärkeren Schmelze als wir erwartet hätten.“

Dieses Schmelzen fand statt, als der Erdmantel aus den tieferen Teilen der Erde zur Oberfläche aufstieg.

Die Ergebnisse weiterer Analysen dieses Prozesses könnten große Auswirkungen auf das Verständnis der Entstehung von Magma und der Entstehung von Vulkanismus haben, behaupten die Forscher.

„Wir haben auch Kanäle gefunden, durch die Schmelze durch den Mantel transportiert wurde, und so können wir das Schicksal des Magmas verfolgen, nachdem es entstanden ist und nach oben zur Erdoberfläche gelangt.

„Das ist wichtig, weil es uns verrät, wie der Erdmantel schmilzt und Vulkane speist, insbesondere jene auf dem Meeresboden, die für den Großteil des Vulkanismus auf der Erde verantwortlich sind. Der Zugang zu diesen Mantelgesteinen wird es uns ermöglichen, die Verbindung zwischen den Vulkanen und der eigentlichen Quelle ihrer Magmen herzustellen.“

Die Studie liefert auch erste Ergebnisse darüber, wie Olivin, ein in Mantelgesteinen häufig vorkommendes Mineral, mit Meerwasser reagiert, was zu einer Reihe chemischer Reaktionen führt, bei denen Wasserstoff und andere Moleküle entstehen, die Leben ermöglichen können.

Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass dies einer der grundlegenden Prozesse bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gewesen sein könnte.

Dr. Susan Q Lang, Wissenschaftlerin für Geologie und Geophysik am Woods Hole Oceanographic Institut, die als Co-Leiterin der Expedition fungierte und Teil eines Teams war, das weiterhin Gesteins- und Flüssigkeitsproben analysierte, sagte: „Die Gesteine, die auf der frühen Erde vorhanden waren, weisen eine größere Ähnlichkeit mit denen auf, die wir während dieser Expedition geborgen haben, als mit den häufiger vorkommenden Gesteinen, aus denen unsere heutigen Kontinente bestehen.“

„Ihre Analyse gibt uns einen kritischen Einblick in die chemischen und physikalischen Umgebungen, die in der Frühgeschichte der Erde vorhanden gewesen sein könnten und die über geologisch lange Zeiträume hinweg eine konstante Brennstoffquelle und günstige Bedingungen für die frühesten Lebensformen geboten haben könnten.“

Das internationale Team aus mehr als 30 Wissenschaftlern der JOIDES Resolution-Expedition wird seine Forschungen an den geborgenen Bohrkernen fortsetzen, um eine breite Palette von Problemen zu lösen.

Dr. Andrew McCaig, außerordentlicher Professor an der School of Earth and Environment der Universität Leeds, der Hauptinitiator und Co-Chefwissenschaftler der Expedition 399, fügte hinzu: „Alle, die seit dem ersten Vorschlag im Jahr 2018 an der Expedition 399 beteiligt waren, können stolz auf die in diesem Dokument dokumentierten Erfolge sein.“

„Unser neues tiefes Bohrloch wird für die kommenden Jahrzehnte ein Musterbeispiel für so unterschiedliche Disziplinen wie Schmelzprozesse im Erdmantel, chemischer Austausch zwischen Gestein und Ozean, organische Geochemie und Mikrobiologie sein. Alle Daten der Expedition werden vollständig verfügbar sein, ein Musterbeispiel dafür, wie internationale Wissenschaft betrieben werden sollte.“