Wetenschappers hebben een verborgen geologisch proces onthuld waarbij fragmenten van continenten langzaam van onderaf worden verwijderd en diep in de oceaanmantel worden gesleept, wat vulkanische activiteit in onverwachte oceanische regio’s teweegbrengt.
Aardwetenschappers hebben ontdekt dat delen van continenten langzaam loskomen van de basis ervan, waardoor vulkanische activiteit diep onder de oceanen ontstaat. Deze studie, geleid door de Universiteit van Southampton, onthult dat fragmenten van de continentale korst geleidelijk worden weggetrokken van de basis van de continenten en de oceanische mantel in worden gevoerd – de hete, grotendeels vaste laag die traag beweegt onder de zeebodem. Eenmaal daar kan dit materiaal gedurende tientallen miljoenen jaren blijven bijdragen aan vulkanische activiteit.
Deze ontdekking helpt een lang bestaande puzzel op te lossen: hoe oceanische eilanden die ver van de grenzen van tektonische platen liggen chemische handtekeningen kunnen bevatten die lijken op continentale rotsen, ondanks dat ze worden omringd door uitgestrekte oceanen.
Verschillende vulkanische eilanden, waaronder Christmas Island in de noordoostelijke Indiase Oceaan, bevatten ongewoon hoge niveaus van bepaalde ‘verrijkte’ chemische elementen die typisch in continentale korst worden aangetroffen. Wetenschappers vermoeden al lange tijd dat deze verrijking plaatsvindt omdat krachtige processen diep in de aarde oud, gerecycled materiaal in de mantel mengen, als het mengen van ingrediënten in een cakebeslag.
Tot nu toe geloofden wetenschappers dat deze verrijkte elementen afkomstig waren van sedimenten die werden gerecycled terwijl oceanische platen in de mantel zonken, of van opwellende kolommen van heet gesteente, de zogenaamde mantelpluimen, die uit de diepten van de aarde opstijgen. Maar deze verklaringen schieten tekort, aangezien sommige vulkanische gebieden weinig tekenen van korstrecycling vertonen, terwijl andere te koel en ondiep lijken te zijn om door mantelpluimen te worden aangedreven.
“We weten al tientallen jaren dat delen van de mantel onder de oceanen vreemd vervuild lijken, alsof stukken van oude continenten daar op de een of andere manier terecht zijn gekomen,” zegt Thomas Gernon, hoogleraar Aardwetenschappen aan de Universiteit van Southampton en hoofdonderzoeker van de studie. “Maar we zijn er niet in geslaagd om adequaat uit te leggen hoe al dat continentale materiaal daar is gekomen.”
De studie stelt een nieuwe verklaring voor: continenten scheuren niet alleen aan de oppervlakte uit elkaar, maar schillen ook van onderaf af en over veel grotere afstanden dan voorheen werd gedacht. De wetenschappers ontwikkelden simulaties om het gedrag van continenten en de mantel na te bootsen terwijl ze door tektonische krachten worden uitgerekt.
Hun werk bouwt voort op eerder onderzoek dat liet zien dat wanneer continenten uit elkaar breken, diepe tektonische krachten een golf van instabiliteit teweegbrengen – een ‘mantelgolf’ – die langs de basis van de continenten beweegt en hun wortels op diepten van 150 tot 200 km verstoort. Deze beweging ontvouwt zich met een ongelooflijk trage snelheid, slechts een miljoenste van de snelheid van een slak, en verwijdert geleidelijk materiaal van de diepe wortels van continenten.
Deze afgescheurde fragmenten worden vervolgens zijwaarts gesleept – soms meer dan 1.000 km – in de oceanische mantel, waar ze vulkaanuitbarstingen in de oceaan gedurende tientallen miljoenen jaren voeden. Professor Sascha Brune van GFZ in Potsdam zei: “We hebben ontdekt dat de mantel nog steeds de effecten van continentale breuk voelt, lang nadat de continenten zelf zijn gescheiden. Het systeem schakelt niet uit wanneer er een nieuw oceaanbekken wordt gevormd – de mantel blijft bewegen, reorganiseren en verrijkt materiaal verplaatsen, ver weg van waar het vandaan komt.”
Het team analyseerde geochemische gegevens uit gebieden van de aarde, waaronder de Indische Oceaan Seamount Province, een keten van vulkanische kenmerken die zijn ontstaan na de splitsing van het supercontinent Gondwana meer dan 100 miljoen jaar geleden. Door simulaties en chemische analyses ontdekte men dat kort nadat Gondwana uit elkaar viel, een uitbarsting van ongebruikelijk verrijkt magma naar de oppervlakte steeg.
Gedurende tientallen miljoenen jaren vervaagde dat chemische signaal naarmate de stroom van materiaal van onder het continent afnam. Dit gebeurde zonder dat er een mantelpluim uit de diepte van de aarde kwam, waarvan geologen al lange tijd aannamen dat deze verantwoordelijk moest zijn.
Professor Gernon legt uit: “We sluiten mantelpluimen niet uit, maar deze ontdekking wijst op een volkomen nieuw mechanisme dat ook de samenstelling van de aardmantel vormgeeft. Mantelgolven kunnen blobs van continentaal materiaal ver in de oceanische mantel brengen, wat een chemische handtekening achterlaat die lang blijft bestaan, lang nadat de continenten uit elkaar zijn gevallen.”
De studie bouwt voort op de recente ontdekking van het team dat mantelgolven ook dramatische veranderingen diep binnen de continenten kunnen veroorzaken. Hun eerdere werk toonde aan dat deze trage, rollende bewegingen in de aardmantel kunnen helpen bij het uitlokken van diamantuitbarstingen en zelfs landschappen honderden kilometers van de randen van de tektonische platen kunnen hervormen.
