Zum ersten Mal haben Wissenschaftler Beweise dafür, dass eine Schicht tief unter der Erdoberfläche Vulkane erzeugen kann.
Die als Übergangszone bekannte Schicht lauert im Erdmantel zwischen 400 und 640 Kilometern unter der Kruste. Diese Zone ist reich an Wasser, Kristallen und geschmolzenem Gestein.
Die Studie ergab, dass diese superschnellen Materialien an die Oberfläche sickern und Vulkane bilden können.
Wissenschaftler wissen seit langem, dass Vulkane auftauchen, wenn tektonische Platten auf dem Erdmantel zusammenlaufen oder wenn Mantelwolken Hotspots auf der Erdkruste bilden, ähnlich wie Pickel, die auf dem Gesicht einer Person ausbrechen. Bis jetzt wussten die Wissenschaftler jedoch nicht, dass die Übergangszone - eine Region zwischen dem oberen und unteren Mantel - betroffen war, sagten die Forscher.
"Wir haben einen neuen Weg gefunden, um Vulkane herzustellen", sagte der leitende Forscher Esteban Gazel, Associate Professor am Department of Earth and Atmospheric Sciences der Cornell University, in einer Erklärung. "Dies ist das erste Mal, dass wir aus der Übergangszone tief im Erdmantel einen klaren Hinweis darauf finden, dass sich Vulkane auf diese Weise bilden können."
Die Wissenschaftler machten die Entdeckung, indem sie eine 790 Meter lange Kernprobe untersuchten, die 1972 auf Bermuda gebohrt wurde. Dieser Kern befindet sich jetzt an der Dalhousie-Universität in Nova Scotia, wo er von der Studienmitautorin Sarah Mazza, einer Forscherin für Planetologie an der Universität Münster in Deutschland, untersucht wurde.
Sie erwartete, dass der Kern zeigen würde, dass der Vulkan, der Bermuda machte, aus einer Mantelwolke entstand, wie sich Hawaii bildete. Bei der Analyse der Signaturisotope oder Versionen von Elementen des Kerns; Wassergehalt; und andere Verbindungen fand sie etwas ganz anderes.
Es scheint, dass dieser besondere Punkt in der Übergangszone - tief unter dem Atlantik gelegen - teilweise durch Subduktionsereignisse während der Bildung des Superkontinents Pangaea geschaffen wurde. Vor etwa 30 Millionen Jahren führte eine Störung in der Übergangszone, die wahrscheinlich mit dem Mantelfluss zusammenhängt, dazu, dass Magma aus der Zone zur Erdoberfläche schoss, stellten Mazza und ihre Kollegen fest. Dieses wogende Magma bildete wiederum den jetzt ruhenden Vulkan unter dem Atlantik, der Bermuda bildete.
"Ich vermutete zuerst, dass Bermudas vulkanische Vergangenheit etwas Besonderes war, als ich den Kern untersuchte und die verschiedenen Texturen und Mineralogien bemerkte, die in den verschiedenen Lavaströmen erhalten blieben", sagte Mazza in der Erklärung. "Wir haben schnell extreme Anreicherungen bei Spurenelementzusammensetzungen bestätigt. Es war aufregend, unsere ersten Ergebnisse durchzugehen ... die Geheimnisse von Bermuda begannen sich zu entfalten."
Kernrätsel
Bei der Untersuchung des Kerns fanden Mazza und ihre Kollegen geochemische Signaturen, die denen aus der Übergangszone entsprachen. Zu diesen Hinweisen gehörten höhere Mengen an kristallummanteltem Wasser im Vergleich zu Subduktionszonen oder Regionen, in denen eine tektonische Platte unter einer anderen taucht, sagte sie.
Es gibt so viel Wasser in der Übergangszone, dass es mindestens drei Ozeane bilden könnte, sagte Gazel. Aber anstatt das Leben im Meer wie Wasser über der Kruste aufrechtzuerhalten, hilft das Wasser in der Übergangszone, dass Steine schmelzen.
Jetzt, da die Forscher wissen, dass Störungen in der Übergangszone zur Entstehung von Vulkanen führen können, werden sie wahrscheinlich mehr Beispiele für dieses geologische Phänomen auf der Erde finden, sagten die Wissenschaftler.
"Mit dieser Arbeit können wir zeigen, dass die Übergangszone der Erde ein extremes chemisches Reservoir ist", sagte Gazel. "Wir beginnen gerade erst, seine Bedeutung für die globale Geodynamik und sogar den Vulkanismus zu erkennen."
