Van het binnenste van de aarde is maar weinig bekend. De weinige informatie die te vinden is, is afkomstig van gesteenten die nu aan het aardoppervlak liggen en van verschillende aardbevingsgolven (seismische golven). Die golven vertellen wetenschappers uit welke lagen de aarde is opgebouwd. Ondanks al het vele onderzoek, hebben Benoît Tauzin (Universiteit Utrecht) en zijn franse collega’s nu nóg een globale laag ontdekt, diep in de aarde. Op wereldwijde schaal, zo claimen ze. De ontdekking heeft mogelijk gevolgen voor de circulatie van gesteente.
“Het originele aan ons artikel is dat het in vergelijking met vorige studies een globaal perspectief biedt”, vertelt hoofdonderzoeker Benoît Tauzin aan Kennislink. De ontdekking van de laag zelf was namelijk niet helemaal nieuw; die was al bekend op lokale schaal.
De laag ligt tussen de bekende Mohorovičić-discontinuïteit, de overgang tussen de aardkorst en de aardmantel op gemiddeld 35 km diepte, en een laag op 410 km diepte. De nieuwe laag ligt net boven de laatstgenoemde laag, op een diepte van ongeveer 350 km onder het aardoppervlak. Benoît Tauzin kwam hierachter tijdens zijn promotiestudie. “Voor mijn promotie keek ik naar seismische gegevens van overgangen in de manteltransitiezone op 410 en 660 km diepte. Ik bouwde een database en vond een signaal op 350 km diepte net boven de 410 km laag.”
Golven
Methode met golven
In dit onderzoek maakten de wetenschappers gebruik van verschillende aardbevingsgolven die door de aarde heen reizen. Ten eerste zijn er de P-golven, oftewel golven die zich verplaatsen door gesteente uit te rekken en in te krimpen. Daarnaast zijn er S-golven die zich als een op- en neergaande golf verplaatsen. De onderzoekers maakten gebruik van het feit dat deze golven in elkaar kunnen overgaan tijdens reflectie als ze een laag/gesteente met een andere dichtheid tegen komen. Van de conversie van P- naar S-golven maakten de onderzoekers handig gebruik om een kijkje in de aarde te nemen.
Aardbevingsgolven hebben moeite met deze laag op 350 km diepte, want ze gaan er relatief langzaam doorheen. Dit komt omdat er meer water te vinden is net boven de 410 km-laag. “Dit water zorgt voor een verlaging van de smelttemperatuur van gesteente en veroorzaakt gedeeltelijke smelt”, vertelt Tauzin. Het gedeeltelijk gesmolten gesteente verlaagt de snelheid waarmee de seismische golven door de laag heen kunnen reizen. En zo vonden de onderzoekers de laag dan ook.
Verspreiding van de laag
De laag was niet overal te vinden. In totaal onderzochten de wetenschappers 152 plaatsen verspreid over de gehele aarde; meer dan ooit, volgens de onderzoekers. Ze claimen zonder blikken of blozen dat het om een wereldwijde laag gaat. Echter, in slechts 89 gevallen (59%) van de 152 meetplekken vonden de onderzoekers de laag op 350 km diepte. In de ander 63 locaties was niets te vinden. De laag is aangetroffen op elk continent van de aarde, maar datzelfde geldt voor locaties waar de laag niet is gevonden. Dus… is de nieuwe laag nu wél of niet wereldwijd? Joost van Summeren, postdoc onderzoeker aan de Universiteit van Hawaii, is er niet zeker van. “Of de laag wereldwijd voorkomt wordt niet met zekerheid aangetoond of weerlegd, ook vanwege ‘open plekken’ op de wereldkaart waar nog onvoldoende meetgegevens voorhanden zijn”, vertelt hij.
Maar er is meer aan de hand met de laag. “Belangrijk is dat het grillige karakter lijkt af te wijken van bestaande theorieën over de vorming van zo’n laag,” vervolgt Van Summeren. “die voorspelden namelijk dat de laag vrijwel overál en meer gelijkmatig aanwezig is, óf juist alleen op specifieke locaties (verwant met koude plakken korstmateriaal die van het aardoppervlak de diepe aarde in zinken en warm gesteente dat van grote diepte omhoogkomt).”
Variatie in dikte
De laag varieert namelijk enorm in dikte, daar waar die wel is gevonden. De dikte van de laag varieert volgens de het Franse onderzoeksteam van 30-100 km. Dat gaat niet geleidelijk, maar soms snel op een schaal van 100-200 km. “De laag varieert sterk in dikte tussen 20 en 100 kilometer op ongeveer 60% van de meetlocaties,” vult Van Summeren aan. “in de overige 40% is de laag minder dan 20 kilometer dik, of afwezig.” “Een interessant aspect,” vindt Sebastian Rost (Universiteit van Leeds) die niet betrokken was bij het onderzoek. “Ik vraag me af hoe deze variatie gevormd kan worden.”
Hoe die laag daar komt, weten de onderzoekers wel een antwoord op. Het moet te maken hebben met de samenstelling van het mogelijk gedeeltelijk gesmolten gesteente, en niet alleen met de temperatuur. Rost denk dat het te maken heeft met water in de zone onder de laag op 410 km diepte (de manteltransitiezone), want ook op deze diepte is water te vinden, zij het in kleine hoeveelheden.
Kritiek
Er is echter al heel wat geroezemoes over de aardbevingssignalen boven en onder de 350 en 410 km lagen. Rost vraagt zich af hoe het toch komt dat er veel meer ruis in het signaal te vinden is op locaties waar de 350 km laag is aangetroffen. “Dit betekent mogelijk dat de bovenste mantel veel gecompliceerder is dan in regio’s zonder het 350 km-signaal.”
Ronduit negatief is Lev Vinnik (Instituut voor Natuurkunde van de Aarde, Moskou): “Ik vind dit geen goed artikel.” Hij meldt dat de onderzoekers een deel van de aardbevingssignalen onderdrukt hebben. “Misleidend,” vertelt hij aan Kennislink. Ook vertelt hij dat er wel degelijk een soortgelijk signaal te vinden is onder de laag op 410 km diepte. De onderzoekers ontkennen dit echter in het artikel.
Heel eerlijk geeft Benoît Tauzin ook toe dat het artikel niet perfect is. Een eerder geopperd model voorspelt namelijk dat de 350 km laag niet te vinden is in de buurt van mantelpluimen, hete stromen gesteente in de aardmantel richting het aardoppervlak. “Echter, wij vinden deze laag ook in de buurt van mantelpluimen. Dus er is iets wat we niet verklaard hebben in onze studie.”
“Ik ben er zeker van dat er een paar opvolgende artikelen zullen komen,” vertelt Rost. “Eén van mijn collega’s is een deel van de data al aan het reviseren op zoek naar een zone waar de aardbevingsgolven langzaam doorheen gaan.” Ook Benoît Tauzin is alweer bezig. Zijn nieuwste onderzoek is waarschijnlijk een gedetailleerder onderzoek naar deze laag onder het Noord-Amerikaanse continent. Er wordt wel eens gezegd dat een goed onderzoek veel nieuwe vragen opwerpt. Nu, dit onderzoek werpt zeker vragen op en de wetenschap gaat deze uitdaging aan, op zoek naar antwoorden uit de diepe aarde.
Bron:
Tauzin et al. Seismic evidence for a global low-velocity layer within the Earth’s upper mantle Nature Geoscience (2010) online publikatie
Zie ook:
- Beweging diep in de aarde en invloed op het aardoppervlak (Kennislinkartikel door Joost van Summeren)
- Vertragende afkoeling in aardmantel (Kennislinknieuws)
- Over de ondiepe Nederlandse ondergrond (GeologievanNederland.nl)
- Grens aardkern/aardmantel zou kernreactoren kunnen bevatten (Kennislinknieuws van NGV Geonieuws)
- Lava komt van grens tussen aardkern en aardmantel (Kennislinknieuws van NGV Geonieuws)
- Plaattektoniek (Kennislinkdossier)