Laven aus Hotspots – ob sie nun auf Hawaii, Samoa oder Island ausbrechen – stammen wahrscheinlich aus einem weltweiten, einheitlichen Reservoir im Erdmantel. Dies geht aus einer Auswertung vulkanischer Hotspots hervor, die in Naturgeowissenschaften.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Erdmantel chemisch weitaus homogener ist als Wissenschaftler bislang angenommen – und dass Laven ihren einzigartigen chemischen „Geschmack“ erst auf dem Weg an die Oberfläche erhalten.
„Die Entdeckung stellt unsere Sicht auf Hotspot-Laven und den Erdmantel buchstäblich auf den Kopf“, sagte Dr. Matthijs Smit, außerordentlicher Professor und Canada Research Chair am Department für Erd-, Ozean- und Atmosphärenwissenschaften der University of British Columbia. „In gewisser Weise sind die Laven der Erde der Menschheit selbst sehr ähnlich – eine wunderbar vielfältige Population mit einem gemeinsamen Vorfahren, die sich überall, wo sie hinkam, unterschiedlich entwickelte.“
Die Erforschung des Erdmantels wird dadurch erschwert, dass er nicht direkt beprobt werden kann. Stattdessen müssen Wissenschaftler ein wenig geowissenschaftliche Detektivarbeit leisten; sie untersuchen diesen wichtigen Teil unseres Planeten durch Spurenelement- und Isotopenanalyse der Lava, die aus dem Mantel kommt und an ozeanischen Vulkanen auf der ganzen Welt ausbricht.
Die enormen Unterschiede in der Zusammensetzung dieser Laven und die Annahme, dass sich die Isotopenzusammensetzung des Magmas zwischen seiner Quelle und der Oberfläche nicht ändert, führten zu der allgemeinen Ansicht, dass der Mantel unterschiedliche Reservoirs unterschiedlichen Alters enthält, die sich in unterschiedlichen Regionen befinden und durch unterschiedliche Prozesse geformt wurden.
Die Beobachtungen von Dr. Smit und Co-Autor Dr. Kooijman von der Abteilung Geowissenschaften des Schwedischen Naturhistorischen Museums deuten darauf hin, dass die Realität ganz anders aussehen könnte.
„Durch die Betrachtung einer bestimmten Gruppe von Elementen konnten wir [to] „Wir haben die chemischen Auswirkungen verschiedener Prozesse, die auf Magmaschmelzen auf ihrem Weg zur Oberfläche einwirken, erkannt und dabei festgestellt, dass alle Hotspot-Laven tatsächlich die gleiche Ausgangszusammensetzung haben“, sagte Dr. Smit. „Die Laven treten nur deshalb unterschiedlich aus, weil die Magmen beim Aufstieg mit unterschiedlichen Gesteinsarten interagieren.“
Der Erdmantel ist eine brodelnde Schicht aus geschmolzenem und halbgeschmolzenem Material, die etwa 84 % des Planetenvolumens ausmacht und zwischen dem Eisenkern und der Oberflächenkruste liegt. Wenn Magma aus dem Mantel die Kruste durchdringt und an die Oberfläche austritt, nennt man das Lava.
Zu wissen, woraus der Mantel besteht, ist von zentraler Bedeutung für unser Verständnis der Entstehung unseres Planeten und seiner Entwicklung im Laufe der Zeit. Es könnte auch Hinweise darauf liefern, warum sich der Mantel so verhält, wie er sich verhält, wie er die Plattentektonik antreibt und welche Rolle er im globalen Kreislauf der Elemente spielt.
Die Analyse wirft nicht nur völlig neues Licht auf Hotspot-Laven in ozeanischen Teilen der Welt, sondern enthüllt auch eine spannende neue Verbindung zu basaltischen Laven auf den Kontinenten. Diese Schmelzen, die diamanthaltige Kimberlite enthalten, unterscheiden sich grundsätzlich von Magmen, die an ozeanischen Hotspots gefunden werden. Dennoch erweisen sie sich als dieselben Magma-„Vorfahren“.
„Die Entdeckung ist ein Wendepunkt für die Modelle der chemischen Evolution der Erde und für unsere Betrachtung globaler Elementzyklen“, sagte Dr. Smit. „Der Mantel ist nicht nur viel homogener als bisher angenommen, er enthält wahrscheinlich auch keine ‚primordialen Reservoirs‘ mehr – Entitäten, die einst zur Erklärung der Daten benötigt wurden, aber nie wirklich mit dem Konzept der Mantelkonvektion in Einklang gebracht werden konnten.“
„Dieses Modell erklärt die Beobachtungen auf einfache Weise und ermöglicht eine Vielzahl neuer Hypothesen für die zukünftige globale geochemische Forschung“, sagte Dr. Kooijman.
Weitere Informationen:
Ein häufiger Vorläufer globaler Hotspot-Laven, Naturgeowissenschaften (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01538-7