Gekarbonateerde mantelperidotieten vormen een verborgen reservoir voor subducteerde CO2

Waarom de verborgen koolstof van de Aarde ertoe doet

Kooldioxide beweegt niet alleen tussen lucht, oceanen en leven aan het oppervlak. Enorme hoeveelheden worden diep in de Aarde meegetrokken waar ze voor miljoenen jaren kunnen worden vastgelegd, wat helpt het klimaat van de planeet in evenwicht te houden. Deze studie bekijkt een ongebruikelijke set gesteenten in Oman die schijnbaar een enorme hoeveelheid koolstof diep ondergronds hebben opgesloten. Door uit te zoeken hoe, wanneer en vanwaar die koolstof aankwam, werpen de auteurs nieuw licht op een “ontbrekend” deel van de langetermijn-koolstofcyclus van de Aarde.

Waar oceaanbodem de diepe Aarde ontmoet

Bij sommige plaatgrenzen buigt en zakt een oceanische plaat onder een andere plaat in een proces dat subductie wordt genoemd. Sedimenten en gepalterde oceanische korst op deze plaat zijn rijk aan koolstofdragende mineralen en waterrijke fluiden. Terwijl ze afdalen warmen ze op en geven ze vloeistoffen vrij die omhoog kunnen stijgen in de bovenliggende mantelwig. In Oman is een groot stuk van een oude oceaanbodem en bovenmantel, de Semail Ophioliet genoemd, naar boven geperst en aan land gekomen, waardoor een dwarsdoorsnede van een voormalige subductiezone bewaard is gebleven. Binnen dit blok onderzochten de onderzoekers een boorkern (Hole BT1b) die overgaat van relatief weinig gewijzigde mantelgesteenten naar helder, volledig gekarbonateerde gesteenten die bekendstaan als listvenieten, die samen mogelijk natuurlijk ongeveer een miljard ton CO2 hebben opgeslagen.

Gesteenten die vloeistofverhalen vertellen

Wanneer koolstofrijke fluiden door heet gesteente bewegen, laten ze chemische vingerafdrukken achter. Het team richtte zich op halogenen — fluor, chloor, broom en jodium — die de neiging hebben zich in fluïda te verplaatsen in plaats van in vaste mineralen. Met behulp van hoogprecisie micro-analyse om deze elementen te meten in kleine plekjes serpentine, carbonaat en andere mineralen over de overgang van deels omgezette naar volledig gekarbonateerd gesteente, volgden ze hoe fluiden zich verplaatsten en veranderden. Ze vonden dat toen serpentiniet geleidelijk veranderde in carbonaatrijk listveniet, chloor veel sterker werd uitgebracht dan broom of jodium. Dit creëerde evoluerende fluiden met onderscheidende halogeenverhoudingen die gekoppeld konden worden aan waarschijnlijke bronnen dieper in de subductiezone.

Het pad van verborgen koolstof volgen

De halogeenpatronen tonen dat de fluiden die het meest bijdroegen aan de carbonatie niet slechts ondiep zeewater waren dat uit sedimenten werd uitgeperst. In plaats daarvan waren het mengsels van porewater uit sedimenten met een extra dosis CO2-rijke vloeistof die uit dieper gelegen delen van de subducerende plaat omhoog kwam, waar verwarming carbonaten doet oplossen of afbreken. Modellering van hoe de vloeistofchemie zich moest ontwikkelen om bij de gesteentengegevens te passen, geeft aan dat deze fluiden uitzonderlijk hoge hoeveelheden koolstof ten opzichte van zout hebben gedragen. Toen deze fluiden de voorboogmantel binnendrongen — de zone boven de plaat maar vóór de vulkanische boog — reageerden ze met peridotiet en geserpentiniseerde gesteenten, waardoor die stapsgewijs in listveniet werden omgezet en opgelost CO2 werd gebonden in vaste, stabiele carbonaatmineralen die geologische tijden kunnen doorstaan.

Conflictueuze klokken ontwarren

Vorige datering van carbonaataders in vergelijkbare gesteenten suggereerde dat sommige listvenieten in Oman lang na het beëindigen van subductie in dit gebied gevormd waren, wat wees op een meer lokale en recentere oorsprong van de fluiden. Dit nieuwe werk toont aan dat de hoofd-fase van carbonatie in de bestudeerde boorkern chemisch verbonden is met subductiegerelateerde fluiden, niet met latere gebeurtenissen. De auteurs onderscheiden twee stadia: een vroege, magnesietrijke fase gelinkt aan subductiefluïda met één halogeensignatuur, en een latere, meer calciumrijke fase met dolomiet die een andere halogeenpatroon heeft en waarschijnlijk jongere tektonische of magmatische activiteit weerspiegelt. De jongere leeftijden dateren, zo betogen ze, grotendeels deze tweede, overdrukkende episode en niet de oorspronkelijke grootschalige opslag van koolstof.

Wat dit betekent voor de klimaatmotor van de Aarde

Door de vloeistofchemie te combineren met onafhankelijke schattingen van hoeveel porewater wereldwijd uit sedimenten ontsnapt, schatten de onderzoekers dat CO2-rijke fluiden die van dieper gelegen plaatniveaus naar de voorboogmantel bewegen ruwweg 1,7–3,4 × 10^13 gram koolstof per jaar kunnen vervoeren. Dat zou een groot deel kunnen verklaren — mogelijk tot 90 procent — van de koolstof die subductiezones binnenkomt. Met andere woorden: gesteenten zoals deze gekarbonateerde mantelperidotieten kunnen een belangrijke, eerder onderschatte opslagplaats vormen die veel van de gesubduceerde koolstof weerhoudt van ofwel snel terugkeren naar de atmosfeer via vulkanen ofwel afdaling naar de diepe mantel. Omdat de omstandigheden die zulke gesteenten creëren afhangen van factoren als temperatuur, sedimenttype en tektonische omgeving, kan deze verborgen koolstofval in sterkte hebben gevarieerd door de geschiedenis van de Aarde en het klimaat op lange termijn subtiel hebben gestuurd.

Bronvermelding: Carter, E.J., O’Driscoll, B., Burgess, R. et al. Carbonated mantle peridotites represent a hidden sink for subducted CO₂. Nat Commun 17, 3297 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68646-3

Trefwoorden: subductiezone koolstof, mantelcarbonatie, listveniet, voorboogmantel, globale koolstofcyclus