Ślady pierwotnego materiału w lawie wulkanicznej
Pierwsze sygnały, że coś jest nie tak, pojawiły się już kilka dekad temu. W latach 70. ubiegłego wieku naukowcy zaobserwowali anomalnie wysokie poziomy helu-3 w próbkach lawy z grzbietów śródoceanicznych. Ten specyficzny izotop powstał wkrótce po Wielkim Wybuchu i został uwięziony we wnętrzu Ziemi podczas jej formowania się 4,6 miliarda lat temu.
Myślę, że to jądro. Jądro było prawdopodobnie izolowane przez miliardy lat, co czyni je prawdopodobnym miejscem długoterminowego przechowywania pierwotnych izotopów — Matthias Willbold, University of Göttingen
Czytaj też: Odkryto tajemniczą wodę w płaszczu Ziemi. Ukryty ocean może być większy od wszystkich mórz
Dopiero teraz jednak udało się znaleźć bardziej przekonujące dowody. Zespół badawczy przeanalizował izotopy rutenu-100 w skałach wulkanicznych z Hawajów, Wysp Galápagos i kanadyjskiej Wyspy Baffina. We wszystkich tych lokalizacjach, związanych z tzw. pióropuszami płaszcza, odkryto zarówno ruten-100, jak i anomalie helu-3. Klucz do zrozumienia tego zjawiska może tkwić w tajemniczych formacjach zwanych LLSVP. Te ogromne struktury, wielkości kontynentów, zajmują około 30% granicy między jądrem a płaszczem. Jedna znajduje się pod Afryką, druga pod Oceanem Spokojnym. Wiele wulkanicznych pióropuszy wydaje się wyrastać właśnie z tych formacji. To sugeruje, że jądro może uwalniać materiał, który następnie przemieszcza się ku powierzchni przez te gigantyczne struktury. Najnowsze badania sejsmiczne ujawniły zaskakującą właściwość LLSVP. Fale sejsmiczne tracą bardzo mało energii przechodząc przez te struktury, co sugeruje, że składają się one z niezwykle dużych kryształów.
Nowe spojrzenie na dynamikę planety
Odkrycie to podważa fundamentalne założenia dotyczące budowy Ziemi. W dolnym płaszczu najwyższe tłumienie fal sejsmicznych występuje w rejonie zwanym “pierścieniem wokół Pacyfiku”, czyli chłodniejszym obszarze o drobnoziarnistej strukturze. Najniższe tłumienie obserwuje się natomiast w LLSVP – cieplejszych regionach o dużych ziarnach. Obserwacje te potwierdzają, że LLSVP są stabilnymi, długowiecznymi strukturami zdolnymi do transportu materiału z jądra. Co ciekawe, do wyjaśnienia globalnych zmian w izotopach wolframu w bazaltach wysp oceanicznych wystarczy mniej niż 0,25% składnika pochodzącego z jądra.
Czytaj też: Geolodzy zmienili obraz hadeiku. Tektonika płyt wyglądała inaczej niż sądziliśmy
Istnieją alternatywne wyjaśnienia, jak krystalizacja tlenków metali z zewnętrznego jądra, które również mogą tłumaczyć obserwowane sygnatury izotopowe. Dodatek zaledwie 0,3% takiej warstwy bogatej w tlenki do płaszcza może odtworzyć wzorce izotopów rutenu i wolframu znajdowane w bazaltach wysp oceanicznych. Dokonane odkrycia otwierają nowy rozdział w geologii. Materiał, który opadł do centrum Ziemi miliardy lat temu, teraz powraca na powierzchnię poprzez skomplikowane procesy głębinowe. To zjawisko, które może pomóc nam lepiej zrozumieć nie tylko historię Ziemi, ale także współczesną aktywność wulkaniczną i tektonikę płyt. Oczywiście nie można wykluczyć, iż za kilka lat znów będziemy musieli zweryfikować nasze obecne rozumienie tej niezwykłej wymiany materiału między jądrem a płaszczem Ziemi.