De aarde mist een flink stuk korst, we weten nu waarom.

Een vijfde deel van de geologische geschiedenis van de aarde zou zijn verdwenen doordat het bewijs daarvoor verdween onder wereldwijde gletsjers.maandag 7 januari 2019

Door Robin George Andrews

De Grand Canyon is een gigantische geologische bibliotheek, met gesteentelagen die veel kunnen vertellen over de geschiedenis van de aarde. Maar vreemd genoeg ontbreekt er een fikse laag, die zo’n 250 miljoen tot 1,2 miljard jaar beslaat.

Dit ‘gat in de tijd’, ook wel de Great Unconformity genoemd, blijkt zich niet alleen voor te doen in de beroemde kloof. Het is op allerlei locaties ter wereld terug te vinden. Een van de aardlagen stamt uit het Cambrium, dat circa 540 miljoen jaar geleden begon. In dit tijdvak werd sedimentair gesteente afgezet, boordevol fossielen van complexe, meercellige levensvormen. Direct daaronder bevindt zich het kristallijne grondgebergte, dat ongeveer een miljard jaar of meer geleden werd gevormd.

Maar waar is het gesteente gebleven dat ontstond in de periode tussen deze twee tijdvakken? Op basis van de resultaten van verschillende onderzoekslijnen gaat een internationaal team van geowetenschappers er nu van uit dat dit werd ‘gestolen’ door de sneeuwbalaarde. Dit fenomeen hangt samen met de hypothese dat er een periode is geweest dat het overgrote deel van de aarde, of misschien zelfs de gehele aarde, bedekt was met ijs.

Volgens het team werd in een periode van ongeveer een miljard jaar maar liefst een derde van de aardkorst weggeschuurd door de verwoestende krachten van de gletsjers die over de sneeuwbalaarde rondkropen. Het sediment dat daardoor ontstond, belandde in de met slush bedekte oceanen. Van daaruit werd het meegezogen de aardmantel in, door tektonische platen die onder andere platen schoven. 

Daardoor begroef de aarde op veel locaties ongeveer een vijfde van haar geologische geschiedenis, stelde het team onlangs in Proceedings of the National Academy of Sciences. Het idee is elegant, maar ook omstreden. De auteurs verwachten dan ook dat hun hypothese op weerstand zal stuiten bij sommige collega's.

“Toch denk ik dat we buitengewoon bewijs hebben ter ondersteuning van onze buitengewone stelling,” aldus onderzoeksleider C. Brenhin Keller, die verbonden is aan het Amerikaanse Berkeley Geochronology Center.

Geochemische geesten

Hoewel de details, oorzaken en factoren die het einde veroorzaakten nog steeds onderwerp van discussie zijn, krijgt het idee dat de aarde rond 700 miljoen jaar geleden een immense ‘sneeuwbal’ was steeds meer aanhangers in de wetenschappelijke wereld. En net zoals tegenwoordig in Antarctica het geval is, zullen veel van de gletsjers van de sneeuwbalaarde een belangrijke veroorzaker van erosie zijn geweest. Door de druk van de ijslaag ontstaat daaronder een vloeibare basis waarin het sediment kan bewegen, ondanks de extreem lage temperaturen aan het oppervlak.

Erosie werd al vaker genoemd als de oorzaak was voor de Great Unconformity, maar volgens sommige geologen was het ondenkbaar dat zo'n groot deel van de aardkorst daardoor zo grondig zou zijn weggevaagd.

Maar Keller vond nieuw bewijsmateriaal in zeer oud zirkoon. In dit mineraal is terug te zien wat de geochemische omstandigheden waren op het moment dat het ontstond. Miljarden jaren later kunnen onderzoekers er daardoor achter komen hoe de aarde er ooit uitzag. 

Meer specifiek bevatten de zirkonen verschillende radioactieve isotopen die als een soort boekhouders dienstdoen. Door middel van uraniumisotopen kunnen wetenschappers met grote nauwkeurigheid vaststellen wanneer de kristallen werden gevormd. Aan andere isotopen, bijvoorbeeld die van hafnium, is af te lezen wat er met de aardkorst en mantel is gebeurd, doordat bepaalde isotopen wel voorkomen in de ene geologische omgeving en niet in een andere.

Met behulp van talloze zirkonen ontrafelden Keller en zijn team nauwkeurig de geochemische evolutie van de aardkorst gedurende 4,4 miljard jaar. Ze ontdekten dat er bij de vermoedelijke aanvang van de wereldwijde ijsafzettingen van de sneeuwbalaarde een enorme geochemische wijziging optrad, die alleen te verklaren is al een groot deel van de aardkorst werd gerecycled in nieuwe magmareservoirs.

Uit zuurstofisotopen in de zirkonen bleek dat de korst ook hydrothermale veranderingen had ondergaan onder invloed van lage temperaturen. Dit wees erop dat de bovenkant van de korst, die in contact stond met water en ijs, was afgeschaafd en meegenomen onder de aardplaten, en niet het dieper gelegen deel van de korst.

Al met al leverde het onderzoek aanwijzingen op dat er aan het aardoppervlak op gigantische schaal sprake was van erosie. En hoewel het fenomeen niet overal op aarde even massaal optrad, werd er gemiddeld een gesteentelaag van zo'n drie tot vijf kilometer dik weggevaagd.

Stom toeval en stenen

Het geochemische bewijsmateriaal is overtuigend, maar door een toevallige discussie tijdens een onlangs gehouden conferentie realiseerden de coauteurs zich dat er nog een andere kant aan het verhaal zat.

Bill Bottke, een in planetoïden gespecialiseerde coauteur die werkzaam is bij het Southwest Research Institute in Boulder in de Amerikaanse staat Colorado, merkt bijvoorbeeld op dat “de aarde circa 600 tot 700 miljoen jaar geleden zijn kraters verloor.” Er zijn nog enkele oude kraters op stukken stabiele, continentale aardkorst die kratons worden genoemd, maar dat zijn er slechts enkele. 

Ook hiervoor zou erosie op gigantische schaal een eenvoudige verklaring zijn, maar tot nu toe was daarvoor geen bewijsmateriaal te vinden. In tegenstelling tot vele andere planeten, “is de aarde heel erg goed in het wissen van sporen uit het verleden,” vertelt Bottke. Dankzij het geochemische werk van Keller is nu duidelijk dat de sneeuwbalaarde een logische verklaring zou kunnen opleveren.

En dan is er nog de enorme toename van sedimentatie aan het begin van het Cambrium. Er moest voldoende ruimte zijn waar al dat nieuwe sediment in kon vallen. En die kon alleen ontstaan als er daarvoor op enorme schaal erosie had plaatsgevonden, stelt coauteur Thomas Gernon, die als aardwetenschapper verbonden is aan de Britse University of Southampton.

Wel wijzen de onderzoekers erop dat een van de problemen met hun data is dat er nog steeds een gat van miljoenen jaren gaapt tussen het vermoedelijke eind van de sneeuwbalaarde en het begin van het Cambrium. Ze kunnen niet verklaren waarom de formatie van nieuwe gesteentelagen pas zo laat op gang kwam, nadat de enorme erosie was geëindigd.

Hoewel er waarschijnlijk een aantal factoren een rol speelden, is een van de mogelijkheden dat de erosie op de sneeuwbalaarde zo heftig was, dat er uiteindelijk nog maar weinig land over was. De planeet moest dat eerst weer maken, en dat kost tijd.

De theorie van alles

Het is begrijpelijk dat er nog hiaten zijn, maar het verhaal van de onderzoekers is “zeer plausibel” en de argumenten die ze aandragen zijn “behoorlijk slim”, stelt Ian Fairchild, een emeritus hoogleraar aardwetenschappen van de University of Birmingham in Engeland. Hij was niet bij het onderzoek betrokken.

Bottke hoopt natuurlijk dat hij en zijn collega's gelijk hebben, maar hij is in ieder geval blij dat zijn artikel een bijdrage levert aan het debat over een fascinerend geologisch raadsel.

“Dat soort discussies brengen de wetenschap verder,” stelt hij.

Als de theorie zou blijken te kloppen, dan zou dat enorme implicaties hebben. Uit het onderzoek blijkt immers dat er voor het eerst sprake was van complex leven toen het tijdperk van de monsterachtige vermaling van de sneeuwbalaarde tot een einde kwam. Door de gletsjers zouden fjord-achtige ondiepe gebieden in zee zijn ontstaan, waarin het leven beschutting kon vinden terwijl de planeet weer opwarmde. Ook zou de kolossale korstconsumptie mogelijk hebben kunnen samenvallen met belangrijke geochemische veranderingen en wijzigende omgevingsfactoren die mogelijk gunstig waren voor de biologische evolutie.

In feite komt het erop neer dat de kans bestaat dat het ontstaan van verschillende soorten meercellige diertjes een direct gevolg is van het feit dat gletsjers vele miljoenen jaren geleden de aardkorst vermorzelden.

Lees ook: 'Mysterieuze golven galmden over de wereld en niemand weet waarom'

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

Lees meer