Geologen ontrafelen plaattektonische kettingreactie

Geologen van Universiteit Utrecht werken gestaag door aan de ontrafeling van de geheimen van de plaattektoniek, het mechanisme dat de aardkorst voortdurend vormt en aardbevingen en vulkaanuitbarstingen veroorzaakt. Deze keer is er wederom een mysterie ontleed. In het geologisch verleden van de aarde waren er ‘korte’ periodes van een paar miljoen jaar waarin wereldwijd plotseling heel veel tektonische platen van snelheid en richting veranderden. Maar wat was de oorzaak van die abrupte plaatbewegingsveranderingen? Eerder onderzoek heeft aangetoond dat veranderingen in de beweging tussen twee platen het gevolg kunnen zijn van botsingen tussen continenten of van opstijgende mantelpluimen. Maar kunnen dergelijke botsingen of mantelpluimen een wereldwijde kettingreactie teweegbrengen? Nu zijn geologen erin geslaagd bewijs te vinden dat dit ondersteunt. “Door deze ontdekking zijn we in staat om de drijvende krachten achter plaatbewegingen, en daarmee processen als gebergtevorming, vulkanisme en andere verschijnselen, beter te begrijpen.”

Dit paper, gepubliceerd in het toonaangevende vakblad Nature Geoscience, is tot stand gekomen door het werk van geologen van Universiteit Utrecht, University of Queensland en Ben-Gurion University of the Negev. Om hun hypothese te kunnen testen stelden de onderzoekers zichzelf de volgende vraag: heeft de vorming van een nieuwe subductiezone ten noorden van Arabië, die werd veroorzaakt door een mantelpluim die ~100 miljoen jaar geleden een supervulkaan veroorzaakte bij Madagaskar, een kettingreactie in gang gezet? De Utrechtse hoogleraar plaattektoniek en paleogeografie Douwe van Hinsbergen, zijn voormalig promovenda en eerste auteur Derya Gürer, en de Israëlische geofysicus Roi Granot, analyseerden de gevolgen stap voor stap. “Als onze hypothese klopt, moet de nieuwe subductiezone die aan de Arabische noordrand werd gevormd na ongeveer 10 miljoen jaar een nieuwe trekkracht op de Afrikaanse plaat hebben veroorzaakt, wat een plaatbewegingsverandering zou moeten veroorzaken”, aldus Gürer. “Maar om dat te analyseren moesten we een groot probleem oplossen”.

Quiet Zone

Net als een bandrecorder wordt de geschiedenis van de plaatbewegingen in het verleden vastgelegd in het magnetisch veld van de oceaankorst. Zodra gesteenten vormen tijdens het afkoelen van het magma onder de oceaanbodem op de mid-oceanische ruggen, registreren en bewaren zij het magnetisch veld van de aarde. Dus, als het magneetveld omkeert wijst het in jongere gesteenten de tegenovergestelde kant op dan bij de oudere gesteenten. De korst van oceanen vormt daarmee een archief dat ons iets vertelt over de ligging en de beweging van tektonische platen in het verre verleden.

Maar in de periode tussen 125 en 83 miljoen jaar waren er geen omkeringen van het magneetveld. “In de oceaankorst die in deze periode vormde staat het magneetveld overal dezelfde kant op. Het vormt daarmee de zogenaamde magnetische Quiet Zone,” legt van Hinsbergen uit. Daardoor was het tot nu toe onmogelijk om plaatbewegingsveranderingen binnen dit tijdinterval aan te tonen. Maar Roi Granot ontdekte 10 jaar geleden dat de gesteenten in de Quiet Zone wél abrupte veranderingen van magnetische ruis vast hebben gelegd. “Door de methoden die wij gewoonlijk gebruiken voor magnetische omkeringen toe te passen op magnetische ruisvariaties, konden wij het plaatmodel sterk verbeteren. Het toonde aan dat de Afrikaanse plaat inderdaad versnelde én draaide direct na de vorming van de nieuwe subductiezone”, vertelt Granot. Deze rotatie veroorzaakte op haar beurt een opeenvolging van gebeurtenissen, waaronder een nieuwe subductiezone in de westelijke Middellandse Zee, die op haar beurt de westelijke Middellandse Zee uit elkaar trok. "Dit is de eerste keer dat er bewijs is gevonden voor een plaattektonische kettingreactie. Met dit onderzoek hebben we een mechanisme ontleed dat verklaart waarom er korte perioden zijn waarin platen plotseling van richting veranderen. Deze plaatbewegingen hebben invloed op de vorming van gebergten, mariene poorten, vulkanisme en zelfs op het mondiale klimaat," aldus Gürer.

Praktische toepassingen

Het onderzoek van Van Hinsbergen en zijn collega’s draagt bij aan de ontrafeling van de mechanismen achter plaattektoniek. De plaattektonische kettingreactie die in gang werd gezet door een supervulkaan illustreert hoe de dans van tektonische platen wordt aangedreven door de trekkracht van subducerende platen in de aardmantel – de zogenaamde 'slab pull’. Geologen onderzoeken die mechanismen omdat die ten grondslag liggen aan aardbevingen, vulkanisme, gebergtevorming en de vorming van veel ertsen en andere grondstoffen. Eerder al onderzochten ze bijvoorbeeld de eerder genoemde supervulkaan als mogelijke aanzet tot plaattektoniek, de beperkte rol van de mantelconvectie en het verloren continent Groot Adrië in het Middellandse Zeegebied. “Al 20 jaar bestudeer ik deze mechanismen, ondanks dat we steeds meer puzzelstukjes vinden om de plaattektoniek te ontrafelen, wordt het ook steeds duidelijker wat we nog niet begrijpen”, aldus Van Hinsbergen.

Publicatie

Derya Gürer, Roi Granot, Douwe J. J. van Hinsbergen, ‘Plate tectonic chain reaction revealed by noise in the Cretaceous Quiet Zone’, Nature Geoscience, https://www.nature.com/articles/s41561-022-00893-7