17 oktober 2017

‘Atlas van de Onderwereld’ brengt wereld onder onze voeten in kaart

Voor het eerst is de aardmantel wereldwijd en volledig in kaart gebracht. De verantwoordelijke aardwetenschappers van de Universiteit Utrecht noemen het de Atlas van de Onderwereld. Deze atlas helpt wetenschappers te bepalen waar aardplaten die in de afgelopen 250 miljoen jaar van het oppervlak zijn verdwenen in de aardmantel zijn gezonken. Ze publiceren hun resultaten op 19 oktober in Tectonophysics.

Subductiezone
Schematische weergave van een subductiezone. Beeld: KDS4444 via Wikimedia Commons.

Slabs opsporen

De buitenste laag van de aarde, de lithosfeer, bestaat uit verschillende aardplaten die op de aardmantel drijven. De aardplaten bewegen onafhankelijk van elkaar, en op sommige grensvlakken duiken grote delen van de ene aardplaat onder de andere, de zogenaamde subductie. De stukken aardplaat die de aardmantel in duiken en langzaam maar zeker steeds verder naar beneden zakken heten ‘slabs’.

Aardwetenschappers van de Universiteit Utrecht gebruikten een soort CT-scans van de aarde, die gemaakt zijn op basis van seismische golven, om te achterhalen waar en hoe diep zulke slabs in de aardmantel aanwezig zijn. Ze vonden er ongeveer 100, variërend van dicht aan het aardoppervlak tot aan de basis van de mantel op ruim 2900 km diepte.

Littekens in de geologie

Subductie van platen laat 'littekens' achter in de geologie: gebergtegordels zoals de Andes en Himalaya, en vulkaanbogen zoals de Pacifische Ring of Fire. Door de slabs stap voor stap aan deze littekens te koppelen, met steeds oudere geologische littekens gekoppeld aan steeds diepere slabs, hebben de wetenschappers achterhaald wanneer de platen zijn gesubduceerd en hoe snel ze gezonken zijn.

Voorheen werden geïsoleerde slabs aan gebergtes gekoppeld, maar er bestond geen globaal overzicht. "Dat leidde tot grote onzekerheden in deze correlaties, vooral voor slabs die langer dan 50 miljoen jaar geleden gesubduceerd zijn" legt Douwe van der Meer uit, de eerste auteur, die op 25 oktober op dit werk zal promoveren.

Screenshot van de Atlas van de Onderwereld

Voor het eerst in kaart gebracht

De CT scans zijn de afgelopen decennia veel gedetailleerder geworden. De Utrechtse onderzoekers gebruikten dan ook hun eigen scans als leidraad. “Het is voor het eerst dat de slabs wereldwijd in kaart zijn gebracht”, vertelt Wim Spakman, een van de drie onderzoekers. Samen met collega’s Douwe van der Meer en Douwe van Hinsbergen verzamelde hij data uit de geologie van de hele aarde van de laatste honderden miljoenen jaren en construeerde de Altas van de Onderwereld. “Veel informatie was al beschikbaar, maar voornamelijk als losstaand onderzoek. Wij hebben alles als een puzzel met elkaar verbonden.”

Kaart van Zeeland van Abraham Ortelius
Kaart van Zeeland, gemaakt door Abraham Ortelius

Atlas is pas het begin

De Atlas van de Onderwereld geeft op wereldwijd niveau een goed beeld van waar en hoe diep de slabs zitten, op welke plek ze de aardmantel zijn ingedoken en dus bij welk oud, of actief gebergte of vulkanisch gebied ze horen. “Maar net als de allereerste wereldkaarten die Abraham Ortelius in de zestiende eeuw maakte, is ook deze atlas nog niet af”, vertelt Van der Meer. “Door het wereldwijde geologisch onderzoek gaan er ongetwijfeld gegevens komen die laten zien dat sommige van onze interpretaties kunnen worden aangescherpt. Wij verwelkomen die nieuwe informatie, en hebben een website ontwikkeld waar iedereen de slabs en onze geologische interpretaties kan zien, en waar collega's die correcties aan willen brengen hun feedback kunnen leveren. Op die manier kunnen we de atlas nog nauwkeuriger kunnen maken.”

Toepassingen van de Atlas

De Utrechtse onderzoekers hebben zo'n vijftien jaar aan de Atlas gewerkt, maar zijn al bezig om toepassingen van het werk te ontwikkelen. Zo gebruiken ze de nieuwe kennis over de evolutie van de aardmantel om nieuwe opsporingsmethoden te ontwikkelen voor ertsen. Van der Meer gebruikte zelfs de Atlas om in zijn proefschrift te berekenen hoeveel CO2 er in het verleden door vulkanisme de atmosfeer in werd gebracht, en hoe hoog de zeespiegel stond in de laatste honderden miljoenen jaren als gevolg van platentektoniek.

Van Hinsbergen denkt dat het werk nog veel breder gebruikt zal gaan worden: "Het maken van een Atlas is een langdurig precisiewerkje en het eindresultaat kan op het eerste oog een dik boek voor op de koffietafel lijken. Maar bedenk je maar eens hoe vaak de wereldkaart gebruikt wordt voor toepassingen waar de maker nooit aan gedacht heeft. Wij verwachten dat de Atlas van de Onderwereld voor aardwetenschappers een vergelijkbaar document zal zijn."