Aardkern komt via pluim bij Hawaii aan de oppervlakte

De aardkern en de aardmantel wisselen mogelijk materiaal uit. Dat blijkt uit de analyse van een groep geofysici onder leiding van Munir Humayun van de Universiteit van Chicago van het ijzer- en mangaangehalte van basalt op Hawaii (Science, 1 okt). Volgens de geologen wijst de samenstelling van het basalt erop dat het is ontstaan doordat een klein gedeelte van het vloeibare gesteente (magma) uit de aardkern is opgenomen in het onderste deel van de aardmantel. Het magma is daarna als een pluim opgestegen en heeft na afkoeling aan het aardoppervlak de archipel gevormd.

In analyses van het binnenste van de aarde gingen geologen er tot nu toe vanuit dat er sinds het ontstaan van de aarde geen uitwisseling van materiaal meer plaatsvindt tussen de aardkern (vanaf 5120 kilometer onder het aardoppervlak) en de aardmantel (tussen 5120 en de aardkorst op 6350 km van het centrum). Als er toch enige uitwisseling bestaat, dan moeten modellen van de aardmantel worden herzien.

De aardmantel is opgebouwd uit gesteente dat is te beschouwen als een zeer stroperige vloeistof. Mede onder invloed van de hete aardkern treden in dat materiaal zogeheten convectiestromen op, zoals ook soep op het vuur in beweging komt als hij wordt verhit. Geologen zien convectiestromen als de motor achter geologische processen die zich aan het aardoppervlak afspelen, zoals berg- en oceaanvorming. Daar waar de convectiestromen vanaf het oppervlak van de aarde naar beneden lopen, wordt korst van de aarde mee naar onder gezogen en opgenomen in de mantel (dat gebeurt met oceaanbodem in zogeheten subductiezones). Daar waar de convectiestromen naar boven lopen zijn midoceanische ruggen ontstaan; hier wordt magma naar het aardoppervlak gestuwd en ontstaat juist nieuwe aardkorst (oceaanbodem). Humayun c.s. vergeleken de verhouding tussen mangaan (Mn) en ijzer (Fe) in basalt dat werd gevormd op Hawaii met de Mn/Fe verhouding in basalt van midoceanische ruggen. Het basalt van Hawaii bleek relatief rijk aan ijzer en dat wijst er volgens de onderzoekers op dat het op de plek waar de mantelpluim onder Hawaii onstaat wordt aangevuld met materiaal uit de aardkorst (die grotendeels uit ijzer is opgebouwd).

In 1999 al rapporteerde een groep van onderzoekers onder leiding van Alan Brandon in Science dat basalt op Hawaii rijk was aan een osimiumisotoop, wat ook wijst op interactie tussen de aardkern en -mantel. Tegenstanders van deze hypothese opperden toen dat de hoge concentratie van Os-isotopen ook te verklaren zou zijn doordat mariene sedimenten vanuit een subductiezone in de aardmantel zijn opgenomen. Die alternatieve verklaring heeft nu aan kracht ingeboet omdat de verhouding Fe/Mn in die mariene sedimenten relatief laag ligt, in tegenstelling tot die in het Hawaiiaans basalt.