Recycling im tiefen Erdinnern läuft schneller als gedacht

Abgesunkene Ozeankruste tritt in Vulkanen bereits nach 500 Millionen Jahren wieder an die Oberfläche

Das Geo-Recycling läuft in Vulkanen viel schneller ab, als Wissenschaftler bislang annahmen. Gestein des Erdmantels, das wegen der Bewegung der Erdplatten ins Erdinnere absinkt, gelangt über Vulkane bereits nach rund 500 Millionen Jahren wieder an die Erdoberfläche. Das haben  Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz anhand vulkanischer Gesteinsproben festgestellt. Zuvor gingen Geowissenschaftler davon aus, dass dieser Prozess zwei Milliarden Jahre dauert.

Isotopen-Verhältnis ermöglicht die Datierung

Um die Einschlüsse untersuchen zu können, hatten die Mainzer Wissenschaftler eine spezielle Laser-Massenspektrometrie-Methode entwickelt. Mit ihrer Hilfe lassen sich unter anderem Isotope von extrem geringen Strontium-Mengen analysieren. Strontium ist ein chemisches Element, das typischerweise in Spuren auch im Meerwasser vorkommt. Die Isotope eines chemischen Elementes weisen die gleiche Protonenzahl, aber unterschiedliche Neutronenzahlen auf. Da sich das Isotopenverhältnis des Strontiums im Meerwasser während der Erdgeschichte ändert, lässt sich daraus das Alter der Meerwasserreste und des umgebenden Gesteins bestimmen.

Zu ihrer Überraschung fanden die Max-Planck-Forscher in ihren Proben ein Strontium-Isotopenverhältnis, das auf ein Alter von weniger als 500 Millionen Jahren schließen lässt. Daher muss auch das Gestein, aus dem die Hawaii-Basalte entstehen,  viel jünger sein als bislang angenommen.

„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, Mitautor der Publikation. „Es jetzt wieder zu entdecken, ist eine Riesenüberraschung.“

Ebenso überraschend fanden die Wissenschaftler die große Bandbreite der Isotopenverhältnisse in den Einschlüssen einer einzigen Probe des Olivinbasalts. „Sie ist viel größer als in allen Lava-Proben, die bislang von den Vulkanen Hawaiis untersucht wurden“, sagt Alexander Sobolev. „Das deutet darauf hin, dass der Erdmantel auch in kleinen Bereichen chemisch viel heterogener ist als wir vorher dachten.“ Die Vielfalt hat sich allerdings nur in den Schmelzeinschlüssen erhalten, weil die Lava so gut durchmischt wurde.

Sobolev, Jochum und ihre Kollegen erwarten, auch bei anderen Vulkanen das gleiche Isotopenverhältnis nachweisen zu können und so die Recyclingdauer der Ozeankruste noch genauer bestimmen zu können.

SB / PH