I otaliga läroböcker i grundskolan, jordens mantel är en gul-till-orange lutning, ett nebulöst definierat lager mellan skorpan och kärnan.

Till geologer, manteln är så mycket mer än så. Det är en region som lever någonstans mellan skorpans kyla och kärnans ljusa värme. Det är där havsbotten föddes och där tektoniska plattor dör.

En ny artikel publicerad idag Naturgeovetenskap målar upp en ännu mer invecklad bild av manteln som en geokemiskt mångsidig mosaik, mycket annorlunda än de relativt enhetliga lavorna som så småningom når ytan. Ännu viktigare, en kopia av denna mosaik är dold djupt i skorpan. Studien leds av Sarah Lambart, biträdande professor i geologi vid University of Utah, och finansieras av Europeiska unionens forsknings- och innovationsprogram Horizon 2020 och National Science Foundation.

"Om du tittar på en tavla från Jackson Pollock, du har många olika färger, "Säger Lambart." Dessa färger representerar olika mantelkomponenter och linjerna är magmas som produceras av dessa komponenter och transporteras till ytan. Du tittar på den gula linjen, det kommer inte att blanda mycket med det röda eller svarta. "

Primitiva mineraler

Vår bästa tillgång till manteln kommer i form av lava som bryter ut vid åsar i mitten av havet. Dessa åsar är i mitten av havsbotten och genererar ny havsskorpa. Prover av denna lava visar att det är kemiskt mestadels samma var som helst på planeten.

Men det är i strid med vad som händer i andra änden av jordskorpans livscykel. Gammal havsskorpa sprider sig bort från åsar i mitten av havet tills den skjuts under en kontinent och sjunker tillbaka i manteln. Vad som händer efter det är något oklart, men om både manteln och den gamla skorpan smälter, det borde finnas en viss variation i magmas kemiska sammansättning.

Så Lambart och hennes kollegor från Wales och Nederländerna, försökte upptäcka hur manteln ser ut innan den stiger som lava vid en mid-ocean ås. De undersökte kärnor, borrade genom havskorpan, att titta på kumulerade mineraler:de första mineralerna som kristalliseras när magmen kommer in i skorpan.

"Vi tittade på den mest primitiva delen av dessa mineraler, "Lambart säger, tillade att när de väl hittade de primitiva mineralerna analyserade de bara den kemiska sammansättningen från de allra tidigaste mineralerna till form. "Om du faktiskt inte tittar på den mest primitiva delen kan du förlora signalen om denna första smältning som har levererats till skorpan. Det är originaliteten i vårt arbete."

De analyserade proverna centimeter för centimeter för att titta på variationer i isotoper av neodym och strontium, vilket kan indikera olika kemikalier av mantelmaterial som kommer från olika bergarter. "Om du har isotopvariabilitet i dina kumulationer, det betyder att du måste ha isotopisk variation även i manteln, Säger Lambart.

När mixern startar

Det är precis vad laget hittade. Mängden isotopvariabilitet i kumulaten var sju gånger större än i lava i mellanhavet. Det betyder att manteln är långt ifrån välblandad och att denna variabilitet bevaras i kumulaten.

Den troliga orsaken, Lambart säger, är att olika stenar smälter vid olika temperaturer. Den första berget som smälter, till exempel den gamla skorpan, kan skapa kanaler som kan transportera magma upp till skorpan. Smältning av en annan typ av sten kan göra detsamma. Slutresultatet är flera nätverk av kanaler som konvergerar mot mid-ocean-åsen men inte blandas-lyssnar tillbaka till färgstrimlorna på en Jackson Pollock-målning.

För att ta reda på vad detta fynd betyder för geologi, bild en smoothie. Nej - gå längre tillbaka än så och föreställ dig blandarens karaff full av frukt, is, mjölk och andra ingredienser. Det är som manteln - diskreta ingredienser, lika olika varandra som en jordgubbe är från ett blåbär. Den fullt blandade smoothien är som lavan i midhavet. Det är helt blandat. Någon gång mellan den djupa manteln och midhavshamnen, Jorden slår på mixern. Lambart säger att hennes resultat visar att högst upp i manteln, blandningen har inte hänt än. Mixern, det visar sig, tänds inte förrän någonstans i skorpan.

Lambarts arbete hjälper henne och andra geologer att omdefiniera sin uppfattning om hur material rör sig upp genom manteln till ytan.

"Problemet är att vi måste hitta ett sätt att modellera den geodynamiska jorden, inklusive platttektonik, att faktiskt återge det som är inspelat i berget idag, "säger hon." Hittills saknas denna länk. "

Nu inrättar Lambart ett nytt experimentellt petrologilaboratorium för att studera förutsättningarna för magmas för att bevara sina kemiska kompositioner under deras resa genom manteln och skorpan.