Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
De aardmantel blijkt niet goed gemengd. Onderzoekers ontdekten massa’s met een andere temperatuur en leeftijd dan de rest.
Ons aardoppervlak is bezaaid met continenten en oceanen, bergen en dieptes. Het binnenste van de aarde bestaat daarentegen uit goed gemixt, langzaam stromend gesteente. Tenminste, dat werd lang verondersteld. Maar geologen beginnen steeds meer te ontdekken dat ook het binnenste van de aarde niet overal gelijk is. Uit onderzoek van de Universiteit Utrecht, gepubliceerd in Nature, blijkt nu zelfs dat twee op de aardkern gelegen ‘continenten’ heter en ouder zijn dan de materie eromheen.
Lees ook:
- ‘Gezonken werelden’ ontdekt onder Grote Oceaan die niet zouden moeten bestaan
- Wat weten over de mysterieuze, groeiende binnenkern van de aarde?
- Waardoor is het binnenste van de aarde zo heet?
Nagalmende planeet
De aarde kun je ook wel zien als een muziekinstrument. Sterke aardbevingen, zoals die in de Indische oceaan in 2004 die honderdduizenden doden tot gevolg had, laten onze planeet nog wekenlang ‘nagalmen’. De trillingsgolven van de beving gaan dan dwars door de aarde heen. De mate waarin de ontstane tonen (alleen op te pikken via een seismograaf) ’vals’ klinken, vertelt wetenschappers wat er zich onder het aardoppervlak bevindt.
Analyses van dit soort gegevens toonden eind vorige eeuw al het bestaan aan van twee ondergrondse ‘continenten’ op ministens 2000 kilometer diepte. Een ervan ligt onder Afrika en de ander onder de Grote Oceaan. Omdat aardbevingsgolven langzaam reizen door deze massa’s, worden ze ook wel Large Low Seismic Velocity Provinces ofwel LLSVP’s genoemd.
Niemand wist wat deze ‘continenten’ waren en of ze tijdelijk bestonden, of er al miljoenen of zelf miljarden jaren lagen. De massa’s worden omringd door een ‘begraafplaats’ van gezonken aardplaten. Die zijn daar terechtgekomen nadat ze via het proces genaamd subductie onder een andere plaat zijn gedoken.
Geluidsvolume
De Utrechtse seismoloog Arwen Deuss en collega’s wilden meer te weten komen over de ondergrondse ‘continenten’ en besloten nader onderzoek te doen met de aardbevingsdata. Ze voegden een extra factor toe in hun berekeningen, namelijk de demping van de trillingen.
De trillingsdemping is het afnemen van de energie van de aardbevingsgolven op hun reis door het binnenste van de aarde. Die waardes verkregen de onderzoekers door niet alleen te kijken naar de mate waarin de galmende tonen vals waren, maar ook naar hoe het geluidsvolume ervan veranderde tijdens de rit door de aarde.
Warm maar toch weinig demping
Wanneer een gedeelte van de aardmantel erg heet is, verwacht je daar veel demping (en zachtere tonen). Net zoals warmer weer leidt tot verminderde hardloopprestaties. Is het binnen in de aarde (relatief) kouder, dan treedt er juist minder demping op.
De bovenste aardmantel bleek zich perfect aan deze verwachting te houden. Het is er warm en er vindt veel demping van trillingen plaats. Maar de LLSVP’s lieten iets vreemd zien. Die kennen ook een hoge temperatuur, maar bleken haast geen enkele demping te laten zien. De begraafplaats van gezonken aardplaten eromheen is kouder, maar liet juist een stuk hogere demping zien.
Wat is hier aan de hand? Deuss en haar team zochten de hulp van mineraaldeskundigen. Deze suggereerden ook eens te kijken naar de grootte van mineraalkorrels. Die bepalen namelijk ook voor een groot deel de mate van demping. Misschien nog wel meer dan de temperatuur.
Trage mineraalgroei
De gezonken aardplaten bestaan uit kleine mineraalkorrels, omdat ze opnieuw kristalliseren gedurende hun reis naar de diepte. Die kleine korrels zorgen voor meer grensvlakken. En hoe meer grensvlakken, hoe meer demping van de trillingen optreedt. Want aardbevingsgolven verliezen energie bij elk grensvlak dat ze passeren.
Dat LLSVP’s maar weinig demping laten zien, betekent dat ze veel grotere mineraalkorrels moeten hebben. En aangezien mineraalgroei erg traag gaat, betekent dit dat de ‘continenten’ veel ouder moeten zijn dat de omliggende aardplaten (van miljoenen jaren oud).
“Hoe oud ze precies zijn kunnen we niet zeggen, maar de kans is groot dat ze een overblijfsel zijn uit de tijd dat de aarde pas gevormd was”, vertelt Deuss aan KIJK. Dat is volgens haar erg interessant, want geologen zijn al jaren op zoek naar verborgen reservoirs met daarin scheikundige elementen die daar sinds het ontstaan van onze planeet aanwezig moeten zijn. “Misschien kunnen die LLSVP’s zulke reservoirs zijn.”
‘Lavalampen’
De LLSVP’s kunnen vanwege hun veel grotere bouwblokken en de daarmee gepaard gaande rigiditeit niet deelnemen aan de stroming in de aardmantel (mantelconvectie). “En dat is zeker meer dan een miljard jaar lang al het geval”, verklaart Deuss. “Dat betekent dat het lang bestaande idee dat de aardmantel uniform is gemengd niet kan kloppen.”
Dit soort nieuwe kennis is belangrijk, want veel van wat er zich in de aardmantel afspeelt, heeft ook effect op het aardoppervlak. Aan de randen van de ondergrondse ‘continenten’ ontstaan bijvoorbeeld mantelpluimen, grote bubbels van gloeiend heet gesteente die vulkanisme veroorzaken wanneer ze door de aardkorst breken.
“Hoe deze ‘lavalampen’ precies ontstaan, weten we nog niet”, vertelt Deuss. “Maar waarschijnlijk heeft het ermee te maken dat er een heel groot temperatuurverschil is tussen de hete LLSVP en het koudere kerkhof van gezonken aardplaten eromheen, wat tot instabiliteiten leidt.”
Mysterieus stuk aardplaat?
In ieder geval zijn er nog genoeg mysteries te ontsluieren over het binnenste van onze planeet. Zo schreven we vorige week nog op deze website over de ontdekking van een gezonken aardplaat in het midden van de Grote Oceaan en daarmee ook midden in een LLSVP. Dit terwijl daar in de buurt geen botsende aardplaten of subductiezones te bekennen zijn.
“Er lijkt inderdaad iets zichtbaar in de gemaakte modellen van deze onderzoekers waarin de aardbevingsgolven een hoge snelheid hebben (terwijl de golven door een LSVP juist een lagere snelheid hebben, red.)”, reageert Deuss. “Maar of dat een aardplaat is, weten we niet. Ons dempingsmodel heeft helaas nog een te lage resolutie om het betreffende stuk te zien. Maar mochten we dit in de toekomst kunnen verbeteren, dan zou de mate van demping ook precies de juiste informatie kunnen verschaffen die we nodig hebben om te bepalen wat daar precies zit.”
Bronnen: Nature, Universiteit Utrecht via EurekAlert!
Beeld: 123RF