Lange Zeit dachte man, die Durchmischung im Erdmantel sei zu stark, um Magmenreservoire aus der Entstehungszeit der Erde erhalten zu haben. Doch ein amerikanisches Geologenteam hat jetzt anhand von Isotopenmessungen in grönländischem Lavagestein erstmals nachgewiesen, dass es ein solches Reservoir doch noch gibt. Wie sie in „Nature“ berichten, bestätigt dies eine Theorie, nach der einige Hotspotvulkane bis heute aus solchen urzeitlichen Magmenquellen versorgt werden.
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Ein Großteil des in der Erdatmosphäre und an der Erdoberfläche vorhandenen Heliums liegt als Isotop Helium-4 vor, als Atom mit zwei Protonen und zwei Neutronen im Kern. Das Isotop Helium-3, das nur ein Neutron besitzt, ist bis zu eine Million Mal seltener. Anders jedoch sieht dies im Erdmantel aus: Hier hat sich – geschützt von äußeren Einflüssen – deutlich mehr Helium-3 aus der Entstehungszeit des Planeten gehalten. Indiz dafür ist unter anderem Lava mit höherem Helium-3 zu Helium-4 Verhältnis, die an einigen vulkanischen Hotspots wie beispielsweise Hawaii austritt.
Urzeitliche Lavaquelle für Hotspot-Vulkane?
Auf Basis dieser Beobachtung gibt es die Hypothese, dass in der Tiefe des unteren Erdmantels ein Magmareservoir existieren könnte, das sich nahezu unverändert aus der Entstehungszeit der Erde erhalten hat. Wenn jedoch die in Hawaii und an anderen Hotspots austretende Helium-3-reiche Lava wirklich aus einem solchen urzeitlichen Reservoir stammt, müsste es eigentlich auch eine spezielle Isotopensignatur von Blei enthalten. Diese ist aber noch nie nachgewiesen worden. Geologen gingen daher bisher davon aus, dass die intensiven Durchmischungen im Erdmantel alle Spuren dieses Reservoirs getilgt haben.
Isotopensignatur liefert Beleg für Mantelreservoir
Jetzt haben Geologen der Universität Boston um Matthew Jackson erstmals doch Indizien für die Existenz dieses Ur-Reservoirs nachgewiesen. Sie stießen darauf, als sie die Isotopenzusammensetzung von alten Laven in Westgrönland und der Baffininsel in der kanadischen Arktis analysierten. Diese Gesteine waren bereits zuvor für die höchsten an der Oberfläche zu findenden Helium-3-Gehalte bekannt.
Die Forscher haben nun in ihnen auch Isotopensignaturen von Blei und Neodymium gemessen, die auf einen Ursprung in dem lange postulierten urzeitlichen Reservoir im Erdmantel hindeuten. Die Daten zeigen, dass dieses Reservoir rund 4,5 Milliarden Jahre alt sein könnte.
(Nature, 13.08.2010 – NPO)
