NGV-Geonieuws 172 artikel 1092

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


Oktober 2010, jaargang 12 nr. 7 artikel 1092

Redactie: George Brouwers tot en met artikel 1023 en vanaf 1024 dr.W.M.L.(Willem) Schuurman

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 172! Op de huidige pagina is alleen artikel 1092 te lezen.

<< Vorig artikel: 1091 | Volgend artikel: 1093 >>

1092 ‘Wortels’ onder cratons overleven door waterarm olivijn
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Geofysica ! Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde ! Klik hier voor alle artikelen over Structurele geologie, (Plaat)tektoniek & Aardbevingen !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

De continue beweging van de aardkorst ( ontstaan, breken en weer smelten van stukken aardkorst -schollen tectoniek) heeft in de loop der geologische tijd bijna alle ooit ontstane gesteenten van de aardkorst en de buitenmantel ‘gerecycled’. Alleen op de oude, precambrische schilden (cratons) komen nog (relatief) veel oude gesteenten voor. Onder die cratons bevinden zich ‘wortels’ die bestaan uit mantelmateriaal, en die ver in de rest van de aardmantel doordringen. Ze zitten daar veilig, omdat de harde, stevige cratons niet of nauwelijks worden vervormd door gebergtevorming of andere plooiingen. Daarom bevatten die wortels ook zeer oude gesteenten.

De ‘wortels’ ontstonden in het verre geologische verleden (3-2,5 miljard jaar geleden) tijdens fasen van opsmelting. Daarbij werden de elementen calcium, aluminium en ijzer voor een groot deel verwijderd. Dat zijn juist de elementen die deel uitmaken van zware mineralen. De wortels zijn daardoor lichter dan het omringende mantelmateriaal. Daarom zakken ze niet in de aardmantel weg, maar blijven als het ware tegen de onderkant van de cratons aangedrukt zitten. Ze dobberen zo op een veilige plaats op de convectiestromen in de aardmantel.

Echter, die convectiestromen zouden volgens geofysische berekeningen de wortels van onderaf moeten eroderen, omdat die zich na de opsmelting en afkoeling bevinden temidden van relatief heet materiaal, met als logisch gevolg opwarming. Het resultaat zou dan ook geleidelijke opname in de convectiestromen van de aardmantel moeten zijn. Toch zijn de wortels nog aanwezig. Om dat te verklaren is een groter viscositeits contrast met het omringende mantelmateriaal nodig dan nu wordt aangenomen.

Nu zijn duidelijke aanwijzingen gevonden dat de viscositeit van de ‘gewone’ aardmantel inderdaad veel geringer is dan die van de wortels. Die aanwijzingen zijn gevonden na analyse van gesteenten die uit het onderste deel van een wortel omhoog zijn gekomen. Zo’n 100 miljoen jaar geleden werd het Kaapvaal craton namelijk doorboord door gasrijk magma (dat leidde tot de fameuze kraterpijpen met diamanthoudende kimberlieten). Dat magma kwam van dieptes tot 200 km onder het uiteinde van de wortels, en bereikte in ca. 4 uur het aardoppervlak, waar het explosieve erupties veroorzaakte.


Luchtfoto van de mijn in Kimberley. Het getoonde
handstuk werd verzameld op de storthoop in het
midden van de foto.


Handstuk van de wortel van de aardmantel
uit Kimberley (Zuid-Afrika) met olivijn
(donkergroen), enstatiet (wit tot groen),
diopsied (smaragdgroen) en granaat (paars).


Op zijn weg omhoog nam het magma mantelmateriaal mee(peridotiet met vooral olivijn en geringere hoeveelheden pyroxenen en granaat). Het diepste materiaal kwam van ca. 200 km onder het aardoppervlak, en bestond uit materiaal van ca. 3 miljard jaar oud. Omdat olivijn veruit het meeste voorkomt in peridotiet, bepaalt dit mineraal de viscositeit (rheologische eigenschappen) van het gesteente. Uit analyses van peridotietmonsters afkomstig van verschillende dieptes bleek dat onder 180 km het watergehalte van de olivijn begint af te nemen met verder toenemende diepte; de olivijn uit de basis van de wortel van het Kaapvaal craton ( 200 km diepte) bevat nauwelijks nog enig water. Als gevolg daarvan is deze olivijn zeer hard en moeilijk te deformeren of te breken. Die hardheid levert precies het viscositeits verschil op met het omringende mantelmateriaal dat nodig is om het voortbestaan van de wortel gedurende miljarden jaren te verklaren.

Referenties:
  • Peslier, A.H., Woodland, A.B., Bell, D.R. & Lazarov, M., 2010. Olivine water contents in the continental lithosphere and the longevity of cratons. Nature 467, p. 78-82.

Foto’s (David R. Bell) welwillend ter beschikking gesteld door Nikki Staab, School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Tempe, AZ (Verenigde Staten van Amerika).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl