De onderzoekers onderzochten hoe warm je gesteenten in de aarde – tussen de 450 en 700 km diep – moet maken om ze te smelten. Ze zetten kleine stukjes steen onder druk en verhitten ze tegelijkertijd. Na afloop konden ze zien of er bij een bepaalde temperatuur magma was gevormd of niet.
Ze concludeerden dat de smelttemperatuur van de stenen afhangt van de hoeveelheid zuurstof in het gesteente: hoe meer zuurstof, hoe makkelijker de steen smelt. Dit effect is groot: als je een gesteente met veel zuurstof op een diepte van 600 kilometer onder de grond wil smelten, moet je het verhitten tot 1800 graden. Maar gesteente met weinig zuurstof moet je verhitten tot boven de 2100 graden. Van Westrenen: “Dat is een enorm verschil. Voor aardwetenschappers is het een beetje alsof je zegt dat ijs bij –15 graden al smelt in plaats van bij 0 graden.”
Eerdere resultaten verklaard
Er worden al tientallen jaren experimenten gedaan naar het smelten van gesteenten in de aarde, en die leiden tot erg verschillende uitkomsten. Maar de eerdere onderzoeken letten niet op de hoeveelheid zuurstof in de gesteente. Met deze studie, die werd gepubliceerd in Nature Geosciences, is het mysterie dus opgelost. Van Westrenen noemt dat “leuk, maar op zich niet zo spectaculair.” Belangrijker zijn de implicaties voor het begrijpen van de evolutie van de aarde.
Van Westrenen: “Een raadsel dat we bijvoorbeeld kunnen oplossen is dat de oudste vulkanische gesteenten op aarde best veel zuurstof bevatten, terwijl modellen voor de evolutie van de aarde allemaal stellen dat het inwendige in de vroege aarde zuurstofarm was. Waarschijnlijk konden in die tijd vulkanen alleen maar ontstaan in regio’s waar net wat meer zuurstof in de aarde aanwezig was. We vinden geen zuurstofarm vulkanisch gesteente uit die tijd omdat zuurstofarm gesteente veel moeilijker smelt.”
Ondergeschoven kindje
De onderzoeksresultaten suggereren verder dat er op planeten met meer zuurstof dan in aardse stenen, zoals bijvoorbeeld Mars, makkelijker vulkanen ontstaan. Van Westrenen: “Het zuurstofgehalte in gesteenten is tot nu toe als relatief onbelangrijk beschouwd. Ik hoop dat ons werk ervoor zorgt dat zuurstof geen ondergeschoven kindje meer is in het onderzoek naar de vorming van gesteenten.”