Zomer 2018. Terwijl het buiten verzengend heet is, is Rose Turnbull in een koele en vensterloze kelder in Californië bezig met het sorteren van fijne zandkorreltjes. De Nieuw-Zeelandse geologe is in het laboratorium van een collega op de California State University in Northridge op zoek naar minuscule kristallen van zirkoon, in de hoop inzicht te krijgen in het mysterieuze ‘achtste continent’ Zeelandië, dat in de Māori-taal Te Riu-a-Māui wordt genoemd.

Turnbulls werk vereist een geoefende hand, doorzettingsvermogen en ook wat vindingrijkheid. In een Zoom-gesprek laat ze zien hoe ze een gesloten pincet langs haar neusvleugel wrijft om het een beetje vettig te maken, zodat de zirkoontjes niet door het laboratorium stuiteren als ze worden opgepikt.

De kristallen zijn afkomstig uit stenen die zijn verzameld op de beide hoofdeilanden van Nieuw-Zeeland, die behoren tot de weinige gedeelten van het vijf miljoen vierkante kilometer grote continentale fragment Zeelandië die boven de zeespiegel uitsteken. Het is nog niet zo lang geleden dat wetenschappers deze grotendeels onderzeese formatie hebben ontdekt: het dunste en jongste deel van continentale korst dat tot nu toe is geïdentificeerd. Turnbull werkt bij het onderzoeks- en adviesbureau GNS Science in Nieuw-Zeeland, en zij haar collega’s wilden meer te weten komen over de processen die deze ongebruikelijke landmassa hebben gevormd.

Wat ze ontdekten, was verrassend: onder de oostzijde van het Nieuw-Zeelandse Zuidereiland en de naburige Stewart Islands ligt een groot stuk van een oeroud supercontinent verborgen. De ontdekking wijst erop dat Zeelandië misschien niet zo jong is als tot dusver werd gedacht, een gegeven dat deze verzonken landmassa misschien toch de status van continent zal opleveren.

“Continenten zijn een soort ijsbergen,” zegt Keith Klepeis, structureel geoloog aan de University of Vermont en een van de auteurs van de nieuwe studie over Zeelandië. “Wat je aan de oppervlakte ziet, is slechts een klein gedeelte van het monster.”

De ontdekking is wetenschappelijk beschreven in het tijdschrift Geology en kan bijdragen aan de oplossing van een raadsel dat wetenschappers al lange tijd verbluft. De meeste continenten hebben zich gevormd rond een kraton, een geologische kern die miljarden jaren oud is en als het stabiele fundament fungeert waarop een continent is opgebouwd. Maar tot nu toe was het oudste stuk gesteente dat in Zeelandië is gevonden niet ouder dan zo’n vijfhonderd miljoen jaar – wat in geologische termen vrij jeugdig is. Dus als Zeelandië inderdaad een continent is, waarom vinden wetenschappers dan niet de bijbehorende kraton?

Het nu ontdekte fragment van oeroud gesteente zou dat ontbrekende puzzelstuk kunnen zijn. De ontdekking “maakt het verhaal compleet,” zegt Turnbull. “We bevinden ons boven op een continent.”

Volgens medeauteur Joshua Schwartz, geoloog aan de California State University in Northridge en gespecialiseerd in granietgesteenten, werpt het onderzoek ook nieuw licht op een breder probleem, namelijk het raadselachtige ontstaan van Zeelandië en alle andere continentale korstzones.

“Die laag gesteente boven op de aarde die we de aardkorst noemen, dat relatief dunne laagje, is waar al het leven op onze planeet zich afspeelt,” zegt hij. De continentale korst is de plek waar we leven en gewassen verbouwen, waar we ons water uit putten en onze grondstoffen delven... “Ons hele bestaan berust letterlijk op de aardkorst.”

Een verdwenen continent

Wetenschappers zijn al decennia bezig met het onderzoek naar Zeelandië, maar het bleek lastig om deze landmassa als ‘continent’ te definiëren. “Een van de pijnlijke geheimen van de geologie is dat we geen duidelijke en welomschreven definitie hebben van wat een continent eigenlijk is,” zegt Schwartz.

Een belangrijke reden om een stuk van de aardkorst een ‘continent’ te noemen is de samenstelling van het gesteente. Zo bestaat de zeebodem rond Nieuw-Zeeland niet uit het magnesium- en ijzerrijke gesteente waaruit de meeste oceanische korst is opgebouwd. In plaats daarvan bevat dit gesteente veel silicaten, waaronder graniet, wat gebruikelijk is voor continentale korst. De Zeelandische formatie is ook uitgestrekter, dikker en hoger gelegen dan de normale oceanische korst waardoor ze wordt omringd.

In 2017 voerde een team van wetenschappers onder leiding van Nick Mortimer van het Nieuw-Zeelandse bureau GNS Science deze en andere argumenten aan om Zeelandië als een echt continent te classificeren. Maar Mortimer en zijn team gaven wel toe dat er één belangrijke factor in hun argumentatie ontbrak, namelijk de aanwezigheid van een duidelijke kraton.

“Dat is het vreemde eraan,” zegt Klepeis. Continentale korst heeft een geringere dichtheid dan oceanische korst en ‘drijft’ dus op diepere en zwaardere gesteentelagen. Daardoor onttrekt dit type korst zich ook aan veel processen waarbij gesteente aan de oppervlakte weer in de aardmantel verzinkt en daar wordt gerecycled. Stabiele kratons vormen de kernen van de meeste continentale korstzones waarop de continenten zijn opgebouwd en waaromheen als gevolg van de platentektoniek ook eilandbogen werden gecreëerd en andere landmassa’s werden opgehoopt.

Zo zegt Schwartz over zijn uitstapje met het hele gezin naar New Mexico dat hij “even ten zuiden van de Wyoming-kraton” vakantie heeft gevierd. Deze gesteentezone, waarvan delen meer dan drie miljard jaar oud zijn, behoort tot meerdere kratons waaruit het geologisch stabiele binnenland van Noord-Amerika is opgebouwd. Maar sedimentaire en vulkanische gesteenten in New Mexico die de zogenaamde Santa Fe Group van formaties uitmaken, werden pas later aan de continentale korst toegevoegd toen een reeks eilanden op de oeroude kust van deze regio botste.

Tot dusver lijkt het erop dat de oudste korstgesteenten van Zeelandië ongeveer vijfhonderd miljoen jaar geleden ontstonden, toen dit continentale fragment nog deel uitmaakte van de rand van het supercontinent Gondwana. Zeelandië bevat ook sporen van nog oudere gesteenten, waaronder stukjes mantel die 2,7 miljard jaar oud zijn. Maar tot nu toe waren er in Zeelandië geen oudere stukken continentale korst gevonden.

Bij het nieuwe onderzoek werd gekeken naar 169 gesteentemonsters die afkomstig waren van het Noorder- en Zuidereiland van Nieuw-Zeeland en van de naburige Stewart Islands. Enkele van de monsters waren door Turnbull en haar team gedurende meerdere expedities naar Nieuw-Zeeland verzameld, terwijl andere tot gesteentecollecties in de VS behoorden. Daardoor gaf de verzameling een goed beeld van de geologie van de beide Nieuw-Zeelandse hoofdeilanden.

In het laboratorium werden de stenen vermalen en de afzonderlijke korreltjes erin gesorteerd op dichtheid en magnetisme. Wat er uiteindelijk overbleef, was een fijn zand dat overwegend uit zirkoonkristallen bestond. Vervolgens selecteerde Turnbull duizenden afzonderlijke zirkoontjes uit het zand en verwerkte die tot preparaten die onder de microscoop bestudeerd konden worden. Later werden deze preparaten in epoxyhars gedompeld en gepolijst om ze aan verdere chemische analyses te onderwerpen.

“Het is een zeer bewerkelijk proces,” zegt Turnbull.

Een verhaal van kristallen

Naarmate er meer en meer gegevens binnenkwamen, ontvouwde zich een verrassend verhaal. De onderzoekers maakten gebruik van een methode die hen niet alleen in staat stelde de ouderdom van de zirkonen te bepalen, maar ook die van het gesteente waarin ze lagen ingebed. Eén groep zirkonen wees op een ouderdom van 1,3 miljard jaar voor een gesteentezone aan de oppervlakte die langs de hele oostzijde van Nieuw-Zeeland loopt.

In dat tijdperk bewogen alle landmassa’s op aarde zich langzaam naar elkaar toe, om uiteindelijk het supercontinent Rodinia te vormen. Tijdens deze tektonische verkeersopstopping en het navolgende uiteenvallen van Rodinia traden waarschijnlijk grote hoeveelheden magma aan de oppervlakte. Uit deze magma werden vermoedelijk de zeer oude korstgesteenten gevormd die nu diep onder Nieuw-Zeeland verborgen liggen: de kraton waarop later het continentale fragment Zeelandië werd opgebouwd.

De zirkonen lijken ook sporen te vertonen van de uiteindelijke afsplitsing van het vroege Zeelandië van het supercontinent Gondwana.

De zirkoonkristallen bevatten namelijk kleine hoeveelheden van de zuurstofisotoop O-18. Het team ontdekte dat deze chemische vingerafdruk zeldzaam is voor zirkonen die in graniet zijn ingebed. Om deze gesteenten te vormen moesten er “een heleboel processen tegelijkertijd plaatsvinden,” zegt Juliana Troch, die als geochemica is gespecialiseerd in magmavorming en is verbonden aan het National Museum of Natural History, onderdeel van de Smithsonian Institution in Washington DC.

Een van de belangrijkste processen die ervoor zorgen dat gesteenten worden voorzien van de handtekening van O-18-isotopen, is water dat door deze gesteenten sijpelt. Volgens het team moet een verzengend hete pluim van magma onder Rodinia de aardkorst hebben verzwakt, waardoor dit supercontinent 750 miljoen jaar geleden in stukken begon te breken en de O-18-sporen achterbleven in het gesteente waarin de zirkonen lagen ingebed.

De kristallen zelf – en de rotsen waarin ze werden gevonden – zouden pas 500 tot 100 miljoen jaar geleden zijn gevormd, toen stukken van de verborgen continentale korst van Rodinia deels smolten als gevolg van reusachtige vulkaanuitbarstingen. Daarbij stegen grote bellen van magma traag naar de oppervlakte, waarbij het gesmolten gesteente kristalliseerde tot graniet waarin de zirkonen zaten opgesloten. Als gevolg van tektonische verschuivingen kwamen deze minuscule tijdcapsules uiteindelijk aan de oppervlakte, waar ze werden aangetroffen in de gesteentemonsters die door Turnbull en haar collega’s waren verzameld.

‘Het is het klassieke beeld van de wetenschap,” zegt Turnbull. “De dingen die we hebben ontdekt, zijn niet per se de dingen waarnaar we op zoek waren.”

Een jong continent

Hoewel de ontdekking erop wijst dat de continentale korst van Zeelandië veel ouder is dan toe nu toe werd aangenomen, is het continentale fragment vreemd genoeg toch aanzienlijk jonger dan zijn continentale verwanten. Alle grote landmassa’s op aarde – Afrika, Europa, Azië, Australië, Noord-Amerika, Zuid-Amerika en Antarctica – bevatten gesteenten van meer dan drie miljard jaar oud. Er wordt momenteel geen strikte leeftijdsgrens gehanteerd voor de classificatie van continenten en kratons, maar het feit dat ze allemaal zeer oude kerngesteenten hebben, wijst volgens Schwartz op de lange geschiedenis van deze landmassa’s.

Misschien is Zeelandië gewoon een jong continent. “Je ziet immers continentvorming rond een centraal fragment van Rodinia,” zegt hij. Ook Turnbull ziet een proces dat “doet denken aan de geboorte van een kraton.”

Maar er is meer onderzoek nodig om het beeld van Zeelandië’s ontstaan compleet te maken. De conclusies van de nieuwe studie berusten op sporen van Rodinia die zich op grote diepte bevinden, en niet van feitelijke gesteentemonsters, dus weten de onderzoekers nog niet precies welke stappen hebben geleid tot de merkwaardige chemische vingerafdrukken die ze hebben gevonden.

Volgens Alex McCoy-West, geochemicus aan de Australische James Cook University, “zou het absoluut geweldig zijn als we dat feitelijke bewijs ook echt zouden vinden.”

Voorlopig biedt het nieuwe onderzoek meer inzicht in de eeuwige dans van de continenten rond de aarde, waarbij ze in de loop der tijden telkens weer samenklonterden en weer uit elkaar dreven.

“Dit onderzoek laat zien dat je nog altijd stukjes van die oeroude puzzel kunt vinden in gesteente dat veel en veel jonger is,” zegt Jack Mulder, een geoloog van de University of Queensland die geen deel uitmaakt van het onderzoeksteam.

Binnen de contouren van Zeelandië zijn nog meer dan genoeg ontdekkingen te doen, zegt Turnbull. “Het spoort je aan om erop uit te gaan en die wereld verder te verkennen.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com