De jonge aarde was veel actiever dan gedacht en dat verklaart hoe deze stenen kunnen bestaan

In de outback van Australië liggen 3,1 miljard jaar oude lavastenen die niet zouden mogen bestaan. Geologen hebben nu ontdekt hoe dat kan.

De stenen liggen ergens in de Pilbara, een dorre streek in het noordwesten van Australië. Op het eerste gezicht zijn ze niet bijzonder. Maar hun scheikundige samenstelling lijkt verdacht veel op die van vulkanen die vandaag boven subductiezones ontstaan. Dat zijn plekken waar een tektonische plaat onder een andere de diepte in duikt. Het probleem is dat dat soort geologie 3 miljard jaar geleden nog niet zo werkte als nu.

We kennen allemaal de waterkringloop tussen zeeën, wolken en land. Maar er is ook een veel tragere kringloop. Op tijdschalen die je in miljoenen jaren kunt meten, verhuist water heen en weer tussen het aardoppervlak en het diepe binnenste van de planeet. Deze uitwisseling helpt regelen hoeveel water er aan het oppervlak blijft, bepaalt waar vulkanen ontstaan, laat continenten groeien en levert zelfs een flink deel van de wereldwijde voorraad van bepaalde metalen. 

Tot nu toe wisten we niet wanneer deze cyclus is ontstaan. Subductiezones bestonden 3 miljard geleden nog helemaal niet. Eric Vandenburg, geoloog bij Adelaide University, vond samen met zijn team aanwijzingen dat water toen toch al de diepte in reisde. “Het betekent dat de machinerie waarvan we dachten dat ze nodig was om water te recyclen, later kwam dan de recycling zelf”, zo vertelt hij aan Scientias.nl. 

‘Druppelductie’

Maar hoe kan dat zonder moderne subductie? Tegenwoordig zinken koude tektonische platen in één vloeiende beweging de mantel in en sleuren ze daarbij water mee de diepte in. Op de jonge aarde, die veel heter was, kon dat nog niet. In plaats daarvan zonken stukken waterhoudende korst die koeler waren dan hun omgeving in korte schokken onder hun eigen gewicht de zachtere mantel in. Het meegevoerde water kwam daarbij vrij, waardoor de mantel gedeeltelijk smolt tot vulkanisch magma. Het team van Vandenburg noemt dit proces ‘dripduction’, oftewel ‘druppelductie’, omdat het niet geleidelijk verliep zoals bij subductie.

Leestip: Voor het eerst ooit waargenomen: subductiezone houdt op te bestaan

Maar als de jonge aarde heter was, zou al dat water dan niet verdampen voordat het diep genoeg raakte? Dat dachten de onderzoekers aanvankelijk ook, zo geeft Vandenburg zelf toe. Twee dingen helpen. “Ten eerste reist het niet als vloeistof of stoom die kan wegkoken. Het zit chemisch vergrendeld in mineralen, ingebouwd in hun kristalstructuur, waardoor het aan het gesteente gebonden blijft in plaats van als vrij water rond te lopen. Ten tweede is er de druk: diep in de aarde is die enorm, en hoge druk houdt water tot veel hogere temperaturen gebonden in mineralen dan je op basis van alledaagse ervaring zou verwachten.” Het water komt pas vrij wanneer het wegzakkende materiaal diep in de aarde uiteenvalt.

Miljarden jaren oude sporen

Hoe lees je zoiets af aan een steen van 3 miljard jaar oud? Dat kan door te kijken naar de sporenelementen in de lava, elementen die in minuscule hoeveelheden voorkomen. Hun onderlinge verhoudingen werken volgens Vandenburg als een vingerafdruk, omdat verschillende processen diep in de aarde verschillende patronen achterlaten. Sommige elementen laten zich door water meevoeren, andere niet. De balans verraadt of water een rol speelde. Hieruit bleek dat de mantel onder deze vulkanen ongeveer evenveel water bevatte als moderne subductiezones. 

Zulke oude signalen zijn meestal allang uitgewist. De meeste gesteenten van deze leeftijd zijn miljarden jaren verhit en chemisch veranderd, iets wat geologen ‘alteratie’ noemen. Deze stenen behielden hun oorspronkelijke vulkanische structuren.

Dat is geen toeval, zegt Vandenburg. De Pilbara is een van de minst verstoorde brokken heel oude korst op aarde. Het is een stabiel blok dat lang niet zo hard verhit of vervormd is geraakt als de meeste oergesteenten. Het meeste van dit soort korst is al lang verdwenen. “Gesteenten ouder dan zo’n 2,8 miljard jaar maken nog maar zo’n zeven procent van de huidige continenten uit. De dunne, jonge korst uit dripduction is het type dat het makkelijkst weer de mantel in verdween, al ligt er mogelijk ook nog onontdekte korst onder het ijs van Antarctica en Groenland”, besluit Vandenburg.

Wil je niets van Scientias missen? Volg Scientias op Google Discover dan zie je al onze verhalen!

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: