Ein junger Unterwasservulkan im Indischen Ozean liefert Hinweise auf Material aus der frühesten Geschichte der Erde. Forscher fanden in der Lava von Fani Maoré eine ungewöhnliche Isotopensignatur. Sie deutet darauf hin, dass Bestandteile aus der Zeit vor mindestens 4,3 Milliarden Jahren im Erdmantel erhalten geblieben sind.

Die im Fachjournal Nature veröffentlichte Studie stammt von einem internationalen Team um Claudine Israel und Catherine Chauvel vom Institut de Physique du Globe de Paris. Untersucht wurden 13 Gesteinsproben von Fani Maoré sowie acht Proben aus dem Gebiet von Mayotte. Der Vulkan entstand während einer Eruptionsphase zwischen 2018 und 2021 rund 55 Kilometer östlich der Inselgruppe Mayotte im Komoren-Archipel.

Isotopenspur führt mehr als 4,3 Milliarden Jahre zurück

Entscheidend war eine winzige Abweichung in der chemischen Zusammensetzung der Lava. Die Forscher entdeckten darin ungewöhnlich viel von einer bestimmten Form des Elements Neodym. Diese Isotopenspur kann nur entstanden sein, als die Erde noch sehr jung war, weil der dafür notwendige radioaktive Ausgangsstoff bereits früh in der Erdgeschichte zerfiel.

Nach den Berechnungen des Teams entstand dieses uralte Mantelmaterial, dessen Spuren sich im Isotop Neodym-142 zeigen, innerhalb der ersten 100 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde. Teile davon müssen demnach mindestens 4,3 Milliarden Jahre im Erdmantel überdauert haben. Das ist überraschend, weil das Gestein dort ständig bewegt und über gewaltige Zeiträume durchmischt wird.

Das heißt allerdings nicht, dass Fani Maoré heute 4,3 Milliarden Jahre altes Magma ausstößt. Die Lava des Vulkans ist jung. Sie enthält aber den chemischen Fingerabdruck eines uralten Bestandteils aus ihrer Quelle im Erdmantel.

Überrest des frühen Magma-Ozeans

Die Forschenden halten es für wahrscheinlich, dass es sich bei dem alten Material vor allem um Bridgmanit handelt. Dieses Mineral entsteht unter dem extremen Druck des unteren Erdmantels und dürfte eines der ersten Minerale gewesen sein, die beim Abkühlen des frühen Magma-Ozeans auskristallisierten.

Dieser Magma-Ozean entstand nach gängigen Modellen infolge des gewaltigen Einschlags, aus dem später der Mond hervorging. Dabei war der Erdmantel weitgehend bis zur Grenze zum Kern aufgeschmolzen. Während der anschließenden Abkühlung bildeten sich unterschiedliche mineralische Bestandteile.

Das Modell der Studie kommt zu dem Ergebnis, dass ungefähr neun bis elf Prozent eines solchen sehr alten, bridgmanitreichen Materials in der Quelle der Fani-Maoré-Lava ausreichen könnten, um die gemessene Neodym-Anomalie zu erklären. Hinzu kommt nach den Berechnungen ein kleiner Anteil später in den Erdmantel zurückgeführter Sedimente.

Erdmantel offenbar weniger vollständig durchmischt

Die Entdeckung deutet darauf hin, dass der Erdmantel auch nach mehr als vier Milliarden Jahren nicht vollständig homogenisiert ist. Bestimmte Bereiche könnten Relikte aus der Entstehungszeit der Erde bewahrt haben, obwohl sich das Mantelgestein über geologische Zeiträume ständig bewegt.

Die Autoren halten es zudem für möglich, dass vergleichbares Material im heutigen Erdmantel weiter verbreitet ist als bislang angenommen. Präzisere Messungen an anderen Vulkaninseln könnten zeigen, ob Fani Maoré eine Ausnahme ist oder ob Spuren des frühen Magma-Ozeans auch an anderen Orten erhalten geblieben sind.