Překvapivý objev v lávě z moderní sopky: Vědci našli stopy prastarého magmatického oceánu Země

V květnu 2018 začal ostrov Mayotte, ležící mezi Madagaskarem a Mosambikem, zažívat sérii zemětřesení, která vedla k objevu podmořské sopky, nyní pojmenované Fani Maoré. Následovaly četné vědecké expedice, během nichž byly odebrány vzorky nedávno eruptované lávy.

V květnu 2018 začal ostrov Mayotte, ležící mezi Madagaskarem a Mosambikem, zažívat sérii zemětřesení, která vedla k objevu podmořské sopky, nyní pojmenované Fani Maoré. Následovaly četné vědecké expedice, během nichž byly odebrány vzorky nedávno eruptované lávy. Tým vědců analyzoval 13 vzorků z Fani Maoré a osm dalších vzorků z východního Mayotte a objevil v nich zbytky minerálu bridgmanitu. Vědci se domnívají, že tyto zbytky pocházejí z nejstaršího geologického období Země, z takzvaného hadeanu. Jejich zjištění byla nedávno publikována v časopise Nature.

Před přibližně 4,5 miliardami let, během hadeanu, došlo ke katastrofické srážce, která pravděpodobně vymrštila úlomky ze Země, jež se následně spojily a vytvořily Měsíc. Tato srážka také spustila globální magmatický oceán, který sahal až k hranici jádra a pláště Země. Jak se tento magmatický oceán postupem času zpevňoval, docházelo ke krystalizaci v plášti. Nejprve krystalizoval pouze bridgmanit, a poté směs bridgmanitu a ferroperiklasu. Dosud nebylo jasné, zda by všechny zkrystalizované minerály byly v průběhu času rozmělněny neustálou konvekcí, nebo zda by zbytky raných krystalizovaných materiálů byly stále detekovatelné.

Neodym jako ukazatel raného magmatického oceánu Země

Jedním ze způsobů, jak detekovat ranou diferenciaci Země, je pomocí izotopů neodymu, zejména 142Nd, který zaznamenává události z prvních několika stovek milionů let planety. Je to proto, že radioaktivní izotop samarium-146 se rozpadá na 142Nd. Autoři nové studie uvádějí, že se zaměřili na izotopové systémy Sm–Nd, které poskytují cenné poznatky o silikátové diferenciaci, vzniku kontinentů a jejich následné recyklaci do pláště. Samarium má dva odlišné radioaktivní izotopy: dlouhožijící 147Sm se rozpadá na 143Nd (poločas rozpadu 106 miliard let) a krátkožijící 146Sm se rozpadá na 142Nd (poločas rozpadu 92 milionů let). Krátký poločas rozpadu systému 146Sm–142Nd nabízí jedinečnou možnost detekovat události silikátové diferenciace, které nastaly během prvních 500 milionů let existence Země.

Fani Maoré zpochybňuje představy o dobře promíchaném plášti

Předchozí hledání anomálií 142Nd v moderních lávách často naráželo na limit přesnosti, kdy malé rozdíly snadno unikly pozornosti. Tým však našel způsob, jak provést přesnější izotopová měření pomocí metody vyvinuté Claudine Israel z University of Cambridge. Jejich analýza odhalila statisticky významnou pozitivní anomálii 142Nd ve vzorcích lávy z Fani Maoré.

Vědci uvádějí, že to naznačuje, že zdrojový materiál pláště se vytvořil přibližně během prvních 100 milionů let historie Země a byl ochuzen o lehké prvky vzácných zemin, což je znakem rané separace krystalů a taveniny. Nejpravděpodobnějším zdrojem je podle nich materiál bohatý na bridgmanit z hadeanu, který zkrystalizoval z magmatického oceánu po dopadu, jenž vytvořil Měsíc. Tým také porovnal mělké a hluboké modely, aby určil, odkud by vzorek mohl pocházet. Jejich modelování naznačuje, že pro hluboký původ je v plášťovém proudu zapotřebí pouze 9–11 % této složky bohaté na bridgmanit z hadeanu, aby odpovídala pozorovanému signálu 142Nd. Naopak mělký model vyžaduje, aby zdroj obsahoval 28–90 % materiálu z hadeanu, a autoři uvádějí, že je nepravděpodobné, aby tak vysoké procento zůstalo zachováno po více než 4 miliardách let. Tento výsledek zpochybňuje představu o plně „dobře promíchaném“ plášti tím, že ukazuje detekovatelnou chemickou paměť starou více než 4 miliardy let. Autoři studie píší, že nedávné geodynamické simulace ukázaly, že zlomek nejstarších pevných látek může být zachován v průběhu času během krystalizace magmatického oceánu v hadeanu a následné konvekce pláště. Materiál bohatý na bridgmanit v hlubokém plášti z hadeanu tak mohl být zachován v konvektivním, běžném plášti a přispět ke zdroji Fani Maoré, vedle současného běžného pláště.