Vad är den kemiska sammansättningen av jordens inre? Eftersom det är omöjligt att borra mer än tio kilometer djupt in i jorden, vulkaniska bergarter som bildas genom att smälta jordens djupa inre ger ofta sådan information. Geokemister vid universiteten i Münster (Tyskland) och Amsterdam (Nederländerna) har undersökt de vulkaniska stenarna som bygger upp den portugisiska ögruppen Azorerna. Deras mål:samla ny information om sammansättningens utveckling av jordens mantel, vilket är lagret ungefär mellan 30 och 2, 900 kilometer djupt inne i jorden. Genom att använda sofistikerade analytiska tekniker, de upptäckte att mantelns sammansättning nedanför Azorerna är annorlunda än man tidigare trott-vilket tyder på att stora delar av den innehåller förvånansvärt få så kallade inkompatibla element. Dessa är kemiska grundämnen som, som ett resultat av den konstanta smältningen av jordens mantel, ackumuleras i jordskorpan, som är jordens yttersta fasta lager.

Forskarna drar slutsatsen att över jordens historia, en större mängd av jordens mantel har smält – och slutligen bildat jordskorpan – än man tidigare trott. "För att upprätthålla den materiella budgeten mellan jordens mantel och skorpa, massflöden mellan ytan och jordens inre måste ha fungerat i en högre hastighet, " säger Münster Universitys prof. Andreas Stracke, vem som leder studien.

Eftersom materialet under Azorerna reser sig från mycket djupt inuti jordens mantel - och oväntat liknar större delen av dess övre del - kan sammansättningen av jordens hela mantel skilja sig från dagens tänkande. "Våra resultat har öppnat ett nytt perspektiv, säger Andreas Stracke, "eftersom vi nu måste omvärdera sammansättningen av den största delen av jorden - trots allt, Jordens mantel står för över 80 procent av jordens volym. "Studien har publicerats i tidskriften Naturgeovetenskap .

Bakgrund och metod

I deras studie, geokemisterna undersökte mineralet olivin och dess smältinneslutningar, dvs magma inkapslat under kristallisationen av olivin innan lavorna bröt ut. Forskarna isolerade dessa smältinneslutningar, bara några mikrometer i storlek, löste upp dem kemiskt och separerade vissa kemiska element. Dessa grundämnen förändras av radioaktivt sönderfall under sin livstid och uppstigning från jordens inre – reser sig över tusentals kilometer i hundratals eller till och med tusentals miljoner år.

Forskarna analyserade smältornas isotopsammansättning med mycket känsliga masspektrometrar. Sådana metoder tillåter mätning av det relativa överflödet av olika atomer i ett element-så kallade isotoper. "På grund av den höga effektiviteten i våra mätningar, vi kunde analysera isotopsammansättningen av en miljarddels gram av grundämnet, " säger medförfattaren Dr. Felix Genske från University of Münsters Institute of Mineralogy, som utförde det mesta av analysarbetet. På det här sättet, forskarna fick indirekt information om sammansättningen av materialet i jordens mantel:isotopanalyserna visade att det innehåller mycket färre sällsynta jordelement som samarium och neodym, men också av kemiskt likartade grundämnen som torium och uran.

"På grundval av liknande geokemiska data i vulkaniska bergarter från olika regioner, t.ex. Hawaii, andra delar av jordens mantel kan också innehålla en högre andel material som är starkt utarmat i oförenliga element, ", säger Andreas Stracke. Forskarna antar att detta globala underskott kan kompenseras av en högre grad av återvinning av jordens inkompatibla elementrika skorpa tillbaka till jordens mantel. Med sina fortsatta studier vill forskarna bekräfta sin arbetshypotes genom att undersöka prover från andra vulkaner. öar över hela världen.