Alte Vulkane offenbaren recycelte Erdkruste

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Alte Vulkane könnten neue Erkenntnisse darüber liefern, wie die Erdoberfläche recycelt wird, sagen Wissenschaftler der University of St Andrews. Eine heute in Nature Communications veröffentlichte Studie gibt Aufschluss über den Verbleib alter Erdkrustenteile und könnte zur Lösung des Geheimnisses beitragen, wie Erdoberfläche und -mantel miteinander verbunden sind.

Die äußerste Schicht der Erde besteht aus starren tektonischen Platten. Diese bewegen sich umher und kollidieren in Bereichen, die Subduktionszonen genannt werden. In diesen Kollisionszonen wird Plattenmaterial in den tiefen Mantel transportiert uns recycelt. Eine der großen Herausforderungen in den Geowissenschaften besteht darin, zu verstehen, was mit dieser Kruste passiert und wie lange sie im Mantel verweilt. Bei einigen Vulkanen auf der Erde können Geologen Spuren dieser alten Krustenmaterialien in der eruptierten Lava finden.

Bis heute hat sich der größte Teil dieser Arbeit auf ozeanische Inseln wie Hawaii oder die Kanarischen Inseln konzentriert. Ozeanische Inseln sind jedoch nur wenige Millionen Jahre an der Erdoberfläche zu sehen, bevor sie selbst absinken und wieder in den Mantel subduziert werden, so dass sie nur eine winzige Momentaufnahme des Krustenrecyclings über die vier Milliarden Jahre der Erdgeschichte liefern können.

Das St. Andrews-Team untersuchte eine Reihe von alkalischen Magmen, die in kontinentalen Rissen ausgebrochen sind, ähnlich dem heutigen ostafrikanischen Grabenriss.

Obwohl diese Magmen sehr ungewöhnliche chemische Eigenschaften haben, zeigen sie viele Ähnlichkeiten mit diesen ozeanischen Laven und sind vor allem in der geologischen Aufzeichnung der Erde zu finden. Das Team konzentrierte sich auf eine Provinz im Südwesten Grönlands. Dabei wurden modernste Isotopentechniken eingesetzt, um altes Krustenmaterial in der Quelle dieser Magmen chemisch zu erfassen. Durch eine Kombination aus Remote-Feldarbeit (per Boot und Hubschrauber) und sorgfältiger chemischer Analyse konnte das Team zeigen, dass diese Magmen in eine alte Kruste eindringen, die 500 Millionen Jahre vor dem Ausbruch der Vulkane in den Mantel subduziert wurde.

Nachdem das Team diese Prozesse in Grönland verstanden hatte, erarbeiteten sie globale Daten zur alkalischen Magmachemie und waren überrascht, dass die überwiegende Mehrheit der untersuchten Magmen eine recycelte Krustenkomponente enthielt.

Hauptautor Dr. Will Hutchison, von der School of Earth and Environmental Sciences an der Universität, sagte: “Unser Hauptergebnis ist, dass die Isotope der alkalischen Magmen sehr variabel sind, was darauf hindeutet, dass sich ihre recycelten Krustenbeimengungen im Laufe der geologischen Zeit verändert haben.”

“Das Schöne an unserem globalen Datensatz ist, dass er sich über zwei Milliarden Jahre erstreckt. Deshalb stellen diese einzigartigen alkalischen Gesteine einen äußerst starken Beleg für das Verständnis des Krustenrecyclings in der Erdgeschichte dar. Durch die sorgfältige Zusammenführung der magmatischen und sedimentären Isotopenaufzeichnungen könnte es möglich sein, zu verstehen, wie der sich ändernde Krusteneintrag mit dem vulkanischen Output verbunden ist.”

Hauptautor Dr. Will Hutchison

Dies könnte letztendlich zu einem viel besseren Verständnis dessen führen, was mit tektonischen Platten passiert, sobald sie in die tiefe Erde befördert werden.


Veröffentlichung: William Hutchison et al. Sulphur isotopes of alkaline magmas unlock long-term records of crustal recycling on Earth, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-12218-1

Quelle: off. Pm der University of St Andrews

Titelbildunterschrift: Fotografien von alkalischen magmatischen Intrusionen in Grönland. Vor rund 1,2 Milliarden Jahren war die Region vulkanisch und tektonisch aktiv. Obwohl nicht mehr aktiv, ist es für Geologen von großem Interesse, da der nachfolgende Auftrieb und die Gletschererosion tief in den Riss eingedrungen sind und die Magmakammern, die einst weit unter der Oberfläche lagen, freigelegt wurden. Die Magmen Grönlands stammen aus einem Mantel, der mit alten Krustenmaterialien angereichert und verunreinigt war. (Fotos: University of St Andrews)


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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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