Rotsen van de oostelijke oever van de Hudson Bay in Canada bevatten elementen van enkele van de eerste aardkorst op aarde, zo blijkt uit nieuw onderzoek.
De rotsen zelf zijn granieten die 2,7 miljard jaar oud zijn, maar ze bevatten nog steeds de chemische signalen van de voorloperstenen die zijn gesmolten en gerecycled om de rotsen te vormen die vandaag bestaan. De nieuwe studie, die vandaag (17 maart) online is gepubliceerd in het tijdschrift Science, stelt vast dat deze voorlopers ongeveer 4,3 miljard jaar geleden zijn gevormd.
De aarde is 4,6 miljard jaar oud en de astronomische impact die de maan vormde, vond ongeveer 4,5 miljard jaar geleden plaats. Dat maakt de voorloper van het Canadese graniet tot de vroegste korst na de maanvormende inslag, zei studieleider Jonathan O'Neil, een geowetenschapper aan de Universiteit van Ottawa in Canada.
Hadean-geschiedenis
Het nieuwe onderzoek is een poging om terug te kijken in de Hadean-eon, een mysterieuze en nogal gesmolten fase van de geschiedenis van de aarde. De Hadean begint met de vorming van de aarde en eindigt ongeveer 4 miljard jaar geleden, en er zijn nog maar heel weinig geologische overblijfselen van dit tijdperk. De meeste rotsen uit de Hadean zijn lang geleden teruggevoerd in de mantel van de planeet.
"Rotsen die 3,6 tot 3,8 miljard jaar oud of ouder zijn, we kunnen ze eigenlijk op de vingers van onze hand tellen", vertelde O'Neil aan WordsSideKick.com. 'We hebben een zeer beperkte hoeveelheid gesteentemonsters om de eerste miljard jaar van de geschiedenis van de aarde te begrijpen.'
Het graniet dat ten noorden van de Hudsonbaai in Canada wordt gevonden, dateert niet uit de Hadean, maar steekt wel tegen de Nuvvuagittuq greenstone-gordel aan, een formatie waarvan wordt aangenomen dat deze de oudst bekende rotsen op aarde bevat, tussen 3,8 miljard en 2,48 miljard jaar oud. (Het enige oudere geologische materiaal zijn kleine minerale korrels die zirkonen worden genoemd uit Jack Hills in Australië, maar de originele rotsen die die korrels bevatten, zijn al lang verweerd.)
Sommige wetenschappers denken dat zowel de Jack Hills-zirkonen als de Nuvvuaguittuq greenstone-riem sporen bevatten van het vroegste leven op aarde, hoewel die bevindingen controversieel zijn.
Een geologische stamboom
O'Neil en zijn co-auteur, Richard Carlson van de Carnegie Institution for Science, waren geïnteresseerd in het 2,7 miljard jaar oude graniet omdat ze wisten dat dergelijke rotsen moesten worden gevormd door een 'ouder'-rots die begraven en gedeeltelijk gesmolten vóór hervorming. De vraag was: hoe oud was die bovenliggende rots?
Om erachter te komen, wendden de onderzoekers zich tot samarium-neodymium-datering, een methode die verhoudingen van verschillende variaties van die twee zeldzame-aarde-elementen gebruikt om de leeftijd te bepalen. Eén moleculaire variatie, of isotoop, van samarium, samarium-146, bestaat niet meer op aarde: het onderging allemaal radioactief verval binnen de eerste 500 miljoen jaar van de geschiedenis van de planeet, zei O'Neil.
Samarium-146 vervalt in neodymium-142, dus elke rots die gevormd is na de eerste 500 miljoen jaar van de geschiedenis van de aarde heeft dezelfde verhouding van neodymium-142 tot andere neodymium-isotopen. Elk gesteente dat variatie in deze neodymiumverhouding vertoont, moet zich in de eerste 500 miljoen jaar van de geschiedenis van de aarde hebben gevormd, aldus de onderzoekers.
Het was precies dat soort variatie dat wetenschappers vonden in de Hudson Bay-rotsen - een tekort in de verhouding neodymium-142 tot neodymium-144 vergeleken met moderne rotsen.
'Het betekent dat hun oudersteen heel oud moest zijn', zei O'Neil. De onderzoekers ontdekten ook dat de bovenliggende rots eerder basaltische oceanische korst was dan droog land.
De onderzoekers schatten dat de bovenliggende rots 1,5 miljard jaar ouder was dan de moderne granieten die vandaag de dag nog bestaan. Dat is interessant, niet alleen omdat de bovenliggende steen een van de eerste korstjes op aarde was, zei O'Neil, maar omdat de bovenliggende steen zo lang bleef hangen voordat hij werd gerecycled. De oceanische korst van vandaag blijft slechts ongeveer 200 miljoen jaar aan de oppervlakte en wordt vervolgens terug in de mantel geduwd en gedeeltelijk gesmolten, zei O'Neil. De moedergesteente van de Hudson Bay-granieten bleef meer dan een miljard jaar aan de oppervlakte voordat ze werd gerecycled, vijf keer zo lang als de huidige oceanische korst overleeft.
