De continenten van de aarde zijn mogelijk geboren onder grote bergketens zoals de Andes.
Nieuw onderzoek dat een mysterieus ontbrekend spoorelement combineert, een 66 miljoen jaar oude rots die door een oude vulkaan is opgestapeld, en een database van alle gesteentechemie die wetenschappers in de afgelopen eeuw hebben geanalyseerd, legt uit waarom de aarde continenten heeft. Gepubliceerd op 16 januari in het tijdschrift Nature Communications, suggereert de studie dat waar bergen worden geboren, dat ook continenten zijn.
'Het is net een puzzel', zegt studieleider Ming Tang, postdoctoraal onderzoeker geologie aan de Rice University in Houston. 'Er ontbreekt een onderdeel in deze continentale puzzel en het lijkt erop dat we het antwoord hebben gevonden.'
Het ontbrekende stuk
Het ontbrekende stuk is een zeldzaam aardmetaal genaamd niobium. In de middelste laag van de aarde, de mantel genoemd, en in de oceanische korst (het deel van de buitenste laag van de planeet dat bedekt is met zeeën), komen niobium en een ander element van zeldzame aarde, tantaal, typisch voor in een consistente verhouding. De continentale korst is raar, vertelde Tang aan WordsSideKick.com. De korst waaruit de continenten bestaan, is relatief laag in niobium.
Het geval van dat ontbrekende niobium in de continentale korst heeft geowetenschappers decennia lang lastiggevallen. Tang ging er op jacht naar in een database voor rotsgeochemie die wordt beheerd door het Max Planck Instituut in Duitsland. Hij zocht in subductiezones, waar de korst in de mantel en magma's vermaalt. Dat magma, wanneer afgekoeld, het potentieel heeft om continenten te creëren. Niobium ontbrak niet in veel van deze subductiezones, ontdekte Tang. Maar het was bizar afwezig in bepaalde bergopbouwgebieden zoals de Andes.
De Andes zijn een enorm bergopbouwgebied, aangedreven door de nabijgelegen tektoniek van een subductiezone. Terwijl de oceanische korst voor de kust van Zuid-Amerika onder de continentale korst kraakt, stijgen de rusteloze Andes op en spuwt magma uit enkele van de hoogste vulkanen op aarde, zei Tang.
Gebieden zoals de Andes - die zich bovenop een subductiezone vormen - staan bekend als continentale bogen en ze zijn speciaal omdat de korst daar ongeveer twee keer zo dik is als de gewone continentale korst, zei Tang. Helaas is de chemie van de rotsen onderaan deze korst een mysterie. Op bijna 80 kilometer onder het oppervlak zijn deze rotsen ontoegankelijk.
Voer de xenoliet in
Gelukkig waren de Sierra Nevada-bergen in het westen van de Verenigde Staten een actief bergopbouwgebied, zoals de Andes tegenwoordig. Tang, samen met Petrologist Cin-Ty Lee van de Rice University, en hun collega's analyseerden een rotsmonster dat zo'n 66 miljoen jaar geleden werd gevormd en ongeveer 25 miljoen jaar geleden naar de oppervlakte werd geduwd tijdens een vulkaanuitbarsting. Deze rots, een xenoliet genoemd, vormde oorspronkelijk diep aan de voet van de Sierra Nevada toen ze een actieve continentale boog waren - de onderzoekers vonden de rots in Arizona.
De rots "kan een zeer mooie, uitstekende analoog zijn voor de diepe korst onder de Andes", zei Tang.
Uit de analyse bleek dat de xenolith van de continentale boog extra niobium had. Tang en zijn collega's hadden het ontbrekende zeldzame-aarde-element van het continent gevonden: het verloren niobium zit vast op de bodem van continentale bogen.
Niobium raakt zo diep gevangen vanwege de unieke omstandigheden onder deze superdikke delen van de aardkorst. Onder continentale bogen staat de mantel vanwege de dikke korst onder hoge druk, zei Tang. Onder hoge druk kristalliseert een titaniummineraal genaamd rutiel uit magma. Rutiel vangt toevallig grote hoeveelheden niobium op, en niet veel tantaal. Het is ook erg dicht, dus het valt diep in de korst terwijl andere rotsen naar de oppervlakte circuleren.
Omdat de continentale korst niobium mist, moet deze zich onder deze continentale boogomstandigheden hebben gevormd, zei Tang. En dat betekent dat plaatsen zoals de Andes waarschijnlijk het zaad van alle continenten op aarde bevatten.
'Elk stukje continent waar we nu op staan, is waarschijnlijk begonnen met deze bergopbouwprocessen', zei Tang.
