Moderne vulkanisme knyttet til begivenheder, der indtræffer kort efter Jordens fødsel

Plumer af varm magma fra det vulkanske hotspot, der dannede Réunion Island i Det Indiske Ocean, stiger fra en usædvanlig primitiv kilde dybt under jordens overflade, ifølge nyt arbejde i Natur fra Carnegies Bradley Peters, Richard Carlson, og Mary Horan sammen med James Day fra Scripps Institution of Oceanography.

Réunion markerer den nuværende placering af det hotspot, der for 66 millioner år siden brød ud i Deccan Traps-basalterne, som dækker det meste af Indien og kan have bidraget til dinosaurernes udryddelse. Oversvømmelsesbasalter og andre hotspot-lavaer menes at stamme fra forskellige dele af Jordens dybe indre end de fleste vulkaner på Jordens overflade, og at studere dette materiale kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå vores hjemmeplanets udvikling.

Varmen fra Jordens dannelsesproces forårsagede omfattende smeltning af planeten, førte Jorden til at adskilles i to lag, når det tættere jernmetal sank indad mod midten, skaber kernen og efterlader den silikatrige kappe svævende ovenover.

I løbet af de efterfølgende 4,5 milliarder år af Jordens udvikling, dybe dele af kappen ville stige opad, smelte, og derefter adskilles igen ved tæthed, skabe jordskorpen og ændre den kemiske sammensætning af jordens indre i processen. Mens skorpen synker tilbage i Jordens indre - et fænomen, der forekommer i dag langs grænsen til Stillehavet - arbejder slowmotion af Jordens kappe på at omrøre disse materialer, sammen med deres særskilte kemi, tilbage i den dybe jord.

Men ikke hele kappen er så godt blandet, som denne proces ville indikere. Nogle ældre pletter eksisterer stadig - som pulveragtige lommer i en dårligt blandet skål med kagedej. Analyse af de kemiske sammensætninger af vulkanske bjergarter på Réunion viser, at deres kildemateriale er forskelligt fra andre, bedre blandede dele af den moderne kappe.

Brug af nye isotopdata, forskerholdet afslørede, at Réunion lavaer stammer fra områder af kappen, der var isoleret fra den bredere, velblandet kappe. Disse isolerede lommer blev dannet inden for de første ti procent af Jordens historie.

Isotoper er grundstoffer, der har det samme antal protoner, men et andet antal neutroner. Sommetider, antallet af neutroner til stede i kernen gør en isotop ustabil; at opnå stabilitet, isotopen vil frigive energiske partikler i processen med radioaktivt henfald. Denne proces ændrer antallet af protoner og neutroner og omdanner det til et andet element. Denne nye undersøgelse udnytter denne proces til at give et fingeraftryk for alderen og historien om forskellige kappelommer.

Samarium-146 er en sådan ustabil, eller radioaktiv, isotop med en halveringstid på kun 103 millioner år. Det henfalder til isotopen neodym-142. Selvom samarium-146 var til stede, da jorden blev dannet, den uddøde meget tidligt i Jordens barndom, hvilket betyder, at neodym-142 giver en god optegnelse over Jordens tidligste historie, men ingen registrering af Jorden fra perioden efter at samarium-146 blev omdannet til neodym-142. Forskelle i mængden af ​​neodym-142 i forhold til andre isotoper af neodym kunne kun være blevet genereret af ændringer i den kemiske sammensætning af kappen, der fandt sted i de første 500 millioner år af Jordens 4,5 milliarder år lange historie.

Forholdet mellem neodym-142 og neodym-144 i vulkanske klipper på Réunion, sammen med resultaterne af laboratoriebaserede mimik- og modelleringsundersøgelser, indikerer, at på trods af milliarder af års kappeblanding, Réunion plume-magma stammer sandsynligvis fra en bevaret lomme af kappen, der oplevede en sammensætningsændring forårsaget af storstilet smeltning af Jordens tidligste kappe.

Holdets resultater kunne også hjælpe med at forklare oprindelsen af ​​tætte områder lige ved grænsen af ​​kernen og kappen kaldet store lavforskydningshastighedsprovinser (LLSVP'er) og ultralavhastighedszoner (ULVZ'er), afspejler den usædvanligt langsomme hastighed af seismiske bølger, når de rejser gennem disse områder af den dybe kappe. Sådanne regioner kan være levn fra tidlige smeltningsbegivenheder.

"The mantle differentiation event preserved in these hotspot plumes can both teach us about early Earth geochemical processes and explain the mysterious seismic signatures created by these dense deep-mantle zones, " said lead author Peters.