De onderliggende oorzaak van plaattektoniek?

Het was een raadselachtig fenomeen waar ze op stuitten. Een internationaal team geologen onderzocht het ontstaan van een oude subductiezone – daar waar de ene plaat onder de andere duikt – in een gebied dat zich uitstrekt van de oostelijke Middellandse Zee tot de Indische Oceaan. Hoe kon de subductiezone ontstaan door een kracht in oost-westelijke richting (die de Afrikaanse plaat in tweeën brak) terwijl Afrika zich juist in noordelijke richting naar Eurazië begaf? “De enige verklaring is een mantelpluim, een enorme bel heet gesteente die leidde tot de uitbarsting van een supervulkaan. Misschien verklaren mantelpluimen zelfs hoe ooit het hele mozaïek aan tektonische platen is ontstaan.”

De onderzoekers, onder leiding van de Utrechtse hoogleraar Douwe van Hinsbergen, brachten de plaatgrens over de hele lengte van 7.500 kilometer in kaart aan de hand van geologische relicten. “Dat die plaatgrens er geweest moet zijn was al langer bekend, maar niet het ontstaan, de richting waarin de platen naar elkaar toekwamen, en welke kracht er op uitgeoefend werd”, aldus Van Hinsbergen. “En toen ontdekten we dus die oost-westelijke beweging, rondom een draaipunt in de westelijke Indiase oceaan, in gang gezet zo’n 105 miljoen jaar geleden. Maar het draaien van die plaat kon niet veroorzaakt zijn door de bestaande beweging van de platen, of door botsingen.” Het onderzochte gebied vertoont namelijk geen sporen van continentbotsingen in die tijd. “En als ze er wel waren, verklaren ze niet die oost-westelijke beweging.”

Basaltuitvloeiingen

De onderliggende oorzaak blijkt – ook letterlijk – te liggen in een mantelpluim die in die periode onder Madagaskar en India omhoogkwam, toen die continenten nog tegen aan elkaar aan lagen. Mantelpluimen zijn grote “bellen” van heet gesteente die opstijgen vanuit de diepe aarde. Als dergelijke pluimen, die wel wat weg hebben van paddenstoelwolken, de onderkant van de platen raken en uitwaaieren, dan verzwakken ze de plaat en breken deze vaak in tweeën, terwijl er op hele grote schaal vulkanisme optreedt. “De sporen van die mantelpluim vind je op diverse plekken langs de plaatgrens. Zo zie je op Madagaskar en in Zuidwest-India basaltuitvloeiingen, ontstaan in het vroegste ontwikkelingsstadium van de plaat. Dit soort uitvloeiingen worden toegeschreven aan de supervulkanen die gevoed werden door de mantelpluim.”

Continentale kiel

Maar het uiteendrijven van twee continenten maakt nog geen subductiezone. Alles viel op zijn plek toen Van Hinsbergen en zijn collega’s zich realiseerden dat het uitwaaieren van mantelpluimen ook platen elders naar elkaar toe kan duwen. Een cruciale rol voor dat proces is weggelegd voor de “kiel” die onder continenten hangt. “Zo’n kiel bestaat uit oud, koud en stijf gesteente dat dieper in de aardmantel steekt en een continent min of meer op zijn plaats houdt.” Tien jaar geleden toonden de onderzoekers al aan dat een mantelpluim tegen zo’n continentale kiel kan duwen en plaatbeweging kan versnellen. “Maar nu hebben we via computermodellen laten zien dat de kiel ook als draaipunt kan werken,” vertelt co-auteur Bernhard Steinberger van het Helmholz Centrum in Potsdam.

Schaarbeweging

Ten zuiden van het draaipunt bewegen Afrika en India uit elkaar langs een mid-oceanische rug, maar ten noorden van het draaipunt komen ze juist naar elkaar toe. Van Hinsbergen: “Die schaarbeweging veroorzaakte een breuk van de Seychellen tot Istanbul waarlangs subductie ontstond. Die subductie produceert tot op de dag van vandaag aardbevingen in Turkije en Cyprus.” Uit het onderzoek blijkt dus dat mantelpluimen de aanzet kunnen vormen tot plaattektoniek. “Waarbij je ziet dat plaatgrenzen naar elkaar toe en van elkaar af bewegen op grote afstand van de pluim zelf.”

Tekst loopt door onder animatie

Plaattektoniek in en rondom de Indische Oceaan in de laatste 110 miljoen jaar.

Praktische toepassingen

Het onderzoek van Van Hinsbergen en zijn collega’s draagt bij aan de ontrafeling van de mechanismen achter plaattektoniek. Geologen onderzoeken die mechanismen omdat die ten grondslag liggen aan aardbevingen, vulkanisme, gebergtevorming en de vorming van veel ertsen, zoals we die bijvoorbeeld nodig hebben voor de energietransitie. Met een beter begrip van plaattektoniek kunnen we dus ook gerichter zoeken naar allerlei grondstoffen.

Artikel

Douwe J.J. van Hinsbergen, Bernhard Steinberger, Carl Guilmette, Marco Maffione, Derya Gürer, Kalijn Peters, Alexis Plunder, Peter McPhee, Carmen Gaina, Eldert L. Advokaat, Reinoud L.M. Vissers, Wim Spakman, ‘A record of plume-induced plate rotation triggering subduction initiation’, Nature Geoscience (2021), https://doi.org/10.1038/s41561-021-00780-7