In de begindagen was de aarde bedekt met een wereldwijde magma-oceaan. Een vulkaan bracht overblijfselen daarvan mogelijk omhoog.

In mei 2018 werd het eiland Mayotte, tussen Madagaskar en Mozambique, getroffen door een reeks aardbevingen die leidde tot de ontdekking van de onderwatervulkaan Fani Maoré. Door vulkaanuitbarstingen in de jaren daarna stroomde er onder Mayotte zoveel magma weg dat het eiland ongeveer 20 centimeter zakte. Analyses van de uitgespuwde lava onthullen nu chemische sporen van een magma-oceaan die bestond toen de aarde pas zo’n 100 miljoen jaar oud was. Dat melden onderzoekers in Nature.

Lees ook:

• Kan magma opraken?
• Zuidpoolijs lost eeuwenoud vulkaanmysterie op: twee vulkanen barstten tegelijkertijd uit

Gesmolten aarde

Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, toen de aarde pas net was gevormd, knalde er een object ter grootte van Mars op onze planeet. Hierbij werd een hoop materiaal de ruimte in geslingerd en dat vormde uiteindelijk de maan. De botsing verhitte daarnaast de jonge aarde dusdanig dat er een wereldwijde magma-oceaan ontstond.

In de miljoenen jaren die volgden, koelden de gesmolten rotsen langzaam af en kristalliseerden ze. Tegenwoordig bestaat de aardmantel grotendeels uit vast gesteente en niet meer uit vloeibaar magma. Door de extreme hitte en hoge druk kan dat gesteente overigens wel als een soort stroop langzaam stromen.

Oeroud mineraal

Wetenschappers hebben nu chemische sporen gevonden van die oeroude magma-oceaan. Ze kwamen daarachter toen ze het vulkanisch gesteente van Fani Maoré vergeleken met vulkanisch gesteente uit de omgeving. Met een nieuwe, zeer precieze techniek maten ze daarin de verhouding tussen neodymium-142 en neodymium-144 – twee varianten van hetzelfde element, maar met een iets ander gewicht (isotopen).

De onderzoekers ontdekten dat de gestolde lava van Fani Maoré een iets hogere verhouding van neodymium-142 bevatte dan het gesteente op Mayotte. Deze afwijkende isotopenverhouding wijst erop dat het materiaal een chemische vingerafdruk heeft die in de begindagen van de aarde is gevormd. Neodymium-142 ontstaat namelijk wanneer het radioactieve isotoop samarium-146 vervalt. Tegenwoordig komt er van nature geen samarium-146 meer voor; dat is allemaal al lang vervallen. De afwijking kan daardoor alleen in de eerste honderd miljoen jaar van het bestaan van de aarde zijn ontstaan.

De onderzoekers denken dat deze chemische vingerafdruk afkomstig is van een reservoir oeroud mantelgesteente dat nog relatief rijk is aan bridgmaniet. Dit mineraal zou als een van de eerste zijn gekristalliseerd uit de magma-oceaan van de jonge aarde. Het bridgmaniet zelf konden de onderzoekers niet aantonen, omdat dit mineraal bij het opstijgen naar het aardoppervlak door de afnemende druk verandert in andere mineralen.

Minder gemixt dan gedacht

Het is enigszins verrassend dat onderzoekers deze chemische vingerafdruk uit het verleden hebben gevonden. De aardmantel is namelijk voortdurend in beweging. In een proces dat mantelconvectie heet, stroomt heet gesteente langzaam omhoog, terwijl afgekoeld en zwaarder gesteente weer naar beneden zakt. Veel geologen gingen er daarom vanuit dat de meeste chemische sporen van de magma-oceaan in de loop van miljarden jaren zo sterk vermengd zouden zijn geraakt dat ze niet meer terug te vinden waren.

Maar deze resultaten laten nu dus zien dat de mantel toch minder gemixt is dan gedacht. De ontdekking van sporen die 4,4 miljard jaar oud zijn, kan wetenschappers nieuwe inzichten geven in de vroegste geschiedenis van de aarde.

Bronnen: Nature, New Scientist