Onder de hoge druk die in het binnenste van de aarde heerst is het veel moeilijker om gesmolten basalt verder samen te persen dan aan het aardoppervlak, schrijven aardwetenschappers morgen in Nature. En dat heeft gevolgen voor modellen van de vroege evolutie van het inwendige van de aarde.
Gesmolten basalt (in dit geval aan het aardoppervlak, op Hawaï).
Hawaii Volcano Observatory (DAS), courtesy of United States Geological SurveyIn de jonge jaren van de planeet aarde, toen de aardkern zich nog moest vormen, was bijna al het gesteente nog vloeibaar. Het gesmolten basalt vormde destijds (zo’n 4,5 miljard geleden) een diepe magma-oceaan in het binnenste van de aarde, waaruit de aardkern zich na verloop van tijd destilleerde.
Die magma-oceaan kon wel eens dieper en heter zijn dan tot nu toe gedacht, blijkt uit het onderzoek van een team van Europese aardwetenschappers in Nature, dat het gedrag van basalt onder extreem hoge druk onder de loep nam.
Laboratoriummetingen
“De structuur van gesmolten basalt verandert als de druk hoog oploopt”, vertelt Wim van Westrenen, hoogleraar planetaire evolutie aan de Vrije Universiteit Amsterdam, die aan het onderzoek meewerkte. Dat werd al vermoed, maar is nu voor het eerst aangetoond met hogedrukmetingen aan basalten in het laboratorium.
De onderzoekers deden metingen aan gesmolten basalt bij drukken die opliepen tot 60 gigapascal, vergelijkbaar met de druk in de aarde op 1500 kilometer diep – ergens halverwege het oppervlak en de kern van de aarde. Intussen bestudeerden ze de gesmolten gesteentemonsters met röntgenbeelden. “Eerder zijn dit soort metingen al gedaan aan simpeler systemen, nu hebben we voor het eerst meetgegevens voor een echte natuurlijke basalt”, zegt van Westrenen. Door de structuurverandering is het onder de hoge druk die in het binnenste van de aarde heerst veel moeilijker basalt nog verder samen te persen dan aan het aardoppervlak.
De gelaagdheid van de aarde van nu. Van binnen naar buiten: binnenkern, buitenkern, mantel, korst.
SoylentGreen via wikimedia commons, CC BY-SA 3.0Sporenelementen
Niet alleen de structuur, maar ook de chemische eigenschappen van het gesmolten gesteente veranderde onder de extreem hoge druk, wezen de experimenten uit. De metingen gaven daarmee tevens een verklaring voor een al lang bestaand geochemisch probleem. Ook de manier waarop bepaalde sporenelementen (zeldzame elementen zoals bijvoorbeeld nikkel) zich verdelen tussen gesmolten metaal en gesmolten basalt in de diepe aarde, laat namelijk een tot nu toe onbegrepen drukafhankelijkheid zien. Van Westrenen:“Geochemici zijn geneigd hier een beetje overheen te kijken, maar wij tonen aan dat je dat niet moet doen. Het is een echt effect, veroorzaakt door de verandering in eigenschappen van de smelt die we nu gemeten hebben.” En ook dat is een belangrijke conclusie, omdat de verdeling van sporenelementenen vaak gebruikt wordt om de omstandigheden te reconstrueren die heersten tijdens de kernvorming in de aarde.
Fout
Manfred van Bergen, aardwetenschapper aan de Universiteit Utrecht, gespecialiseerd in magma´s in de diepe aarde, en zelf niet betrokken bij het onderzoek, spreekt van betekenisvolle experimenten. “De resultaten zijn belangrijk voor het verbeteren van modellen die de vroegste geschiedenis van de planeet beschrijven”, zegt Van Bergen. Van Westrenen beaamt het volmondig:“Eigenlijk zeggen wij dat alle modellen hiervoor fout zijn, omdat ze geen rekening houden met veranderingen in de structuur van gesmolten gesteente bij extreme omstandigheden.”
Meer op Wetenschap24:
Heetgebakerd aardkern (Hermen Visser, april 2013)