Vulkane recyceln Gestein aus dem Erdmantel viel schneller als bisher angenommen: Vom Absinken des Materials an Plattengrenzen bis zum Wiederaufstieg an die Erdoberfläche als glutflüssige Lava dauert es nur rund 500 Millionen Jahre. Das entdeckten Forscher eines internationalen Teams bei der Analyse von Gesteinsproben des Vulkans Mauna Loa auf Hawaii. Bisher habe man gedacht, dass dieser Prozess etwa zwei Milliarden Jahre dauert, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature“.
Die Datierung gelang ihnen mit Hilfe von Spurenelementen wie Strontium in mikroskopisch kleinen Einschlüssen des Gesteins. Sie entstammen ursprünglich dem Meerwasser, wurden in den Ozeanboden eingebaut und sanken mit ihm in die Tiefe. An Vulkanen wie auf Hawaii steigt das Gestein als Magma wieder an die Oberfläche. Die Einschlüsse bleiben dabei teilweise erhalten. Um die Einschlüsse untersuchen zu können, entwickelten die Wissenschaftler eine spezielle Laser-Massenspektrometrie-Methode. Mit ihrer Hilfe lassen sich unter anderem die Anteile verschiedener Isotope in extrem geringen Strontium-Mengen analysieren.
Isotopenverhältnis verrät Einschlusszeitpunkt
Das Isotopenverhältnis des Strontiums im Meerwasser hat sich im Laufe der Erdgeschichte geändert. Die Einschlüsse konservieren den Zustand des Strontiums zu dem Zeitpunkt, an dem es ins Gestein aufgenommen wurde. Deshalb lassen sich daraus das Alter der Einschlüsse und des umgebenden Gesteins bestimmen. „Das Strontium des Meerwassers ist offenbar mit der Ozeankruste in den tiefen Erdmantel gelangt, aus dem es bereits nach einer halben Milliarde Jahre in den Laven der Hawaii-Vulkane wieder zu Tage tritt“, erklärt Klaus Peter Jochum vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz. „Es jetzt wieder zu entdecken, ist eine Riesenüberraschung.“
Einschlüsse überraschend vielfältig
Bei ihrer Untersuchung stießen die Wissenschaftler auf eine weitere Überraschung, wie sie berichten: In den Proben des Basaltgesteins fanden sich stark unterschiedlich zusammengesetzte Element-Einschlüsse. „Die Bandbreite ist viel größer als in allen Lava-Proben, die bislang von den Vulkanen Hawaiis untersucht wurden“, sagt Studienleiter Alexander Sobolev, der sowohl am Mainzer Max-Planck Institut als auch in Frankreich und Russland forscht.
Der Erdmantel sei offenbar auch in kleinen Bereichen chemisch viel heterogener als angenommen, berichten die Forscher. Die Lava werde zwar bei ihrem Aufstieg zum Vulkan durchmischt, in den Einschlüssen bleibe die Vielfalt aber erhalten. Die Wissenschaftler erwarten, auch bei anderen Vulkanen das Isotopenverhältnis nachweisen zu können. Sie wollen damit nun die Recyclingdauer der Ozeankruste noch genauer bestimmen. (Nature, 2011; DOI:10.1038/nature10321)
(Max-Planck-Gesellschaft, 12.08.2011 – NPO)
