De aarde heeft niet gewacht tot de moderne platentektoniek van start ging. Het transporteerde miljarden jaren lang water diep onder de grond voordat we ooit wisten dat het gebeurde.
Nieuwe bevindingen uit West-Australië herschrijven de tijdlijn van hoe onze planeet zijn oceanen de mantel in begon te drijven. Onderzoekers hebben bevestigd dat oppervlaktewater meer dan 3,1 miljard jaar geleden het diepe binnenland van de aarde binnendrong. Het bewijsmateriaal zit opgesloten in vulkanisch gesteente uit de Pilbara-regio.
Dit gaat niet alleen over rotsen. Het gaat over hoe een jonge, hete planeet erin slaagde zijn vulkanen te voeden.
Het mechanisme dat deze vroege activiteit aandrijft, blijft een punt van hevig debat in de geologie. Maar de gegevens wijzen op een proces dat wetenschappers dripductie noemen.
De Pilbara-rotsen onthullen een eeuwenoude chemische signatuur
De Pilbara Craton is een zeldzame overlevende. Het grootste deel van de vroegste aardkorst is vernietigd door daaropvolgende geologische activiteit. De Pilbara-rotsen hebben echter een chemisch record bewaard dat weigert te liegen.
Een internationaal team onder leiding van Dr. Eric Vandenburg van de Universiteit van Adelaide analyseerde de geochemie van deze 3,1 miljard jaar oude stenen. Hun handtekeningen vertelden een duidelijk verhaal: er was water aanwezig toen het magma zich vormde.
“Wat ons verraste was het vinden van bewijs dat grote hoeveelheden water al diep in het binnenste van de aarde terecht waren gekomen en de vorming van vulkanisch gesteente hadden beïnvloed.”
De chemie komt overeen met die van moderne boogvulkanen, zoals die in de Pacifische Ring van Vuur. Dit zijn de plaatsen waar tektonische platen tegen elkaar botsen en de ene onder de andere zinkt en water de mantel in sleept. Maar dat systeem bestond toen nog niet. De aarde was simpelweg te heet om stijve platen tegen elkaar te laten glijden.
Hoe kwam het water daar terecht?
Waarom traditionele subductie de vroege aarde niet kan verklaren
We begrijpen hoe platentektoniek vandaag de dag werkt. Subductiezones transporteren waterhoudende mineralen diep in de mantel. Dat water verlaagt het smeltpunt van het omringende gesteente, waardoor magma ontstaat dat vulkanen voedt en continenten doet groeien.
Het is een perfecte machine. Het bestond echter 3,1 miljard jaar geleden nog niet.
De vroege aarde was veel heter. De korst gedroeg zich waarschijnlijk anders en miste de stijve structuur die nodig is voor standaard subductie. Geologen hebben met deze paradox geworsteld. Hoe heeft oppervlaktewater ooit, zonder duidelijke subductiezones, de mantel bereikt om de vulkanische activiteit te beïnvloeden?
De Pilbara-rotsen suggereren dat het antwoord niet ligt in of water de diepe aarde bereikt, maar hoe.
Druppelductie: een zinkende korst verplaatst water naar beneden
De onderzoekers stellen voor dat de jonge aarde een ander mechanisme gebruikte om materiaal te transporteren. Ze noemen het dripductie.
Het is eenvoudiger dan schuifplaten. In dit model absorbeerden delen van de koelere buitenste korst water van het oppervlak. Naarmate deze secties dichter bij het water kwamen te staan, verloren ze hun stabiliteit. Ze gleden niet langs een plaatgrens. Ze zakten door.
Uiteindelijk stortten zware stukken van de korst in en zonken weg in de hetere mantel eronder. Stel je voor dat dicht materiaal van een plafond druipt.
Terwijl deze waterrijke brokken naar beneden stortten, kwamen ze in steeds warmere omgevingen terecht. Het water dat uit het zinkende gesteente vrijkwam, reageerde vervolgens met de mantel, waardoor het smelten werd bevorderd en magma werd gegenereerd. Dat magma steeg op, barstte los door vulkanen en koelde af tot de rotsen die we vandaag de dag in de Pilbara aantreffen.
Door dit proces kon oppervlaktemateriaal naar beneden reizen zonder dat een volledig ontwikkeld systeem van moderne tektoniek nodig was. Het stelde de jonge planeet ook in staat water te recyclen tussen het oppervlak en het binnenland, lang voordat de continenten er zo uitzagen als nu.
Vroege recycling vormde de toekomst van de aarde
Deze ontdekking verschuift de tijdlijn van het moment waarop de aarde materiaal begon uit te wisselen tussen haar korst, mantel en atmosfeer. Die verbinding is van vitaal belang voor de langetermijnevolutie van de planeet.
Diepwaterrecycling bepaalt waar magma zich vormt. Het beïnvloedt vulkaanuitbarstingen. Eeuwenlang helpt het de chemische ingrediënten die nodig zijn voor het leven te herverdelen.
De bevindingen van Pilbara suggereren dat deze uitwisseling veel eerder begon dan eerder werd gedacht. De vroege aarde was geen stilstaande bol met een geïsoleerd oppervlak. Er circuleerde al water. Het vormde magma, voedde vulkanen en droeg bij aan de continentale groei terwijl de planeet nog in de kinderschoenen stond.
We beginnen nu pas te achterhalen hoe die eerste cyclus werkte. De rotsen in West-Australië zijn al miljarden jaren stil. Ze hebben eindelijk iets te zeggen.
Referentie: “Modern boogachtig watergehalte in de bron van 3,1 miljard jaar oude vulkanische rotsen ” door Eric D. Vandenburg et al., gepubliceerd in Nature Communications.
