Wetenschap

Krimpt Atlantische Oceaan door splitsing van aardschol?

Voor de kust van Portugal is iets vreemds aan de hand, en wetenschappers hebben daar nu een baanbrekende verklaring voor gevonden. donderdag, 9 mei 2019

Door Maya Wei-Haas

Jarenlang brak João Duarte zich het hoofd over een ogenschijnlijk saai stuk onderzees gebied voor de kust van Portugal. In 1969 vond op deze plek een zware aardbeving plaats, die het kustgebied trof en een tsunami uitlokte. Maar waarom dat precies gebeurde, was niet te zien aan de uitgestrekte en niet erg spectaculaire zeebodem in het gebied. Duarte, marien geoloog aan het Instituto Dom Luiz (IDL) van de Universidade de Lisboa, wilde uitzoeken wat er precies aan de hand was.

Vijftig jaar na die gebeurtenis heeft hij mogelijk het antwoord gevonden: de bodem van de tektonische plaat of aardschol voor de kust van Portugal lijkt zich af te splitsen van de bovenzijde van de plaat. En dit afsplitsen kan ertoe hebben geleid dat de ene plaat gestaag onder een andere plaat is gaan schuiven, in een proces dat subductie wordt genoemd. Dat blijkt althans uit computersimulaties die Duarte in april op een congres van de European Geosciences Union (EGU) heeft gepresenteerd.

Als zijn werk wordt bevestigd, zal het de eerste keer zijn dat een oceanische plaat tijdens het ‘afpellen’ is waargenomen. En het kan ook een van de allereerste beginstadia zijn van een proces waarbij de Atlantische Oceaan langzaam zal krimpen en Europa in de richting van Canada zal opschuiven, zoals eerder al in enkele modellen van tektonische activiteit was voorspeld.

“Het is zeker een interessant verhaal,” zegt Fabio Crameri van de Universiteit van Oslo, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam maar wel de lezing op het EGU-congres bijwoonde. Duarte heeft enkele overtuigende bewijzen aangevoerd, zegt hij, maar hij waarschuwt ervoor dat het model nog verder moet worden getest – geen eenvoudige taak als je bedenkt dat de ingevoerde gegevens afkomstig zijn van een proces dat niet sneller verloopt dan de groei van je vingernagels.

“Het is een boude bewering,” zegt Duarte over zijn eigen conclusies, en hij erkent dat hij en zijn team nog veel werk te doen hebben. “Misschien is dit niet de oplossing van alle raadsels. Maar ik denk dat we hier iets nieuws op het spoor zijn.”

Tektonische optocht

De tektonische platen of schollen van de aarde bewegen zich voortdurend in een gestaag tempo voort, waarbij de plaatgrenzen op sommige plekken van elkaar af bewegen terwijl ze op andere plekken tegen elkaar botsen. Tenminste driemaal in de 4,54 miljard jaar lange geschiedenis van onze planeet zijn deze immer beweeglijke landmassa’s samengeklonterd tot reusachtige supercontinenten, om daarna uiteindelijk weer op te breken en uit elkaar te drijven. Subductiezones zijn de grote motor achter deze tektonische lopende band, want in deze gebieden wordt de oceanische aardkorst en de lithosferische mantel naar grote diepte getrokken, waarbij het gesteente wordt gerecycled en continenten worden meegetrokken.

Maar hoe komen subductiezones eigenlijk tot stand? “Dat is een van de grote onopgeloste puzzels van de platentektoniek,” zegt Duarte.

Een van de manieren waarop een subductiezone – en misschien ook het vroegste begin van een subductiezone – kan worden gelokaliseerd, is door naar aardbevingen te kijken. Zo’n negentig procent van de aardschokken op onze planeet vinden plaats in de min of meer aaneengesloten ring van subductiezones die helemaal rond de Stille Oceaan loopt, van de zuidpunt van Zuid-Amerika via de Beringzee naar Nieuw-Zeeland: de zogenaamde ‘Ring van Vuur’.

Maar het Iberisch schiereiland, met daarop Spanje en Portugal, ligt aan de andere kant van de wereld, aan de Atlantische Oceaan. In die oceaan schuiven schollen niet tegen elkaar aan maar worden juist langs de hele Mid-Atlantische Rug uit elkaar geduwd. Daarbij wordt nieuwe aardkorst gevormd en gaan de tektonische platen aan de randen van de omringende landmassa’s over van oceanische in continentale korst.

De situatie bij het Iberisch schiereiland ligt echter wat ingewikkelder. Deze landmassa ligt even ten noorden van de grens tussen de Euraziatische en Afrikaanse platen, die beide vooral naar het oosten opschuiven. Maar door een lichte anomalie in de beweging van de Afrikaanse plaat wordt de Euraziatische plaat iets naar het noorden geduwd, hoewel wetenschappers op basis van die beweging niet hadden verwacht dat zich zware aardbevingen voor de kust van Portugal zouden voordoen. In de loop der jaren hebben talloze wetenschappers dan ook deze ongewone regio bestudeerd.

“Dit werk bestond er voornamelijk uit dat we verbanden hebben gelegd tussen afzonderlijke gegevens,” zegt Duarte over het nieuwste onderzoek.

Een van de eerste gegevens was de vreemde locatie van het epicentrum van de aardbeving in 1969: een doodnormale abyssale vlakte die de ‘Hoefijzer-vlakte’ wordt genoemd. In dit onderzeese gebied zijn er geen zichtbare sporen van breuken, vervormd gesteente of seamounts te zien – allemaal kenmerken die zouden wijzen op een of andere vorm van tektonisch geweld.

“Het ziet eruit als de prairie van Kansas, maar dan 4,8 kilometer onder de zeespiegel,” zegt geoloog Marc-André Gutscher van de Université de Bretagne-Occidentale in Brest, die de EGU-lezing eveneens bijwoonde en uitgebreid onderzoek in het gebied heeft gedaan.

In 2012 besloot een team van onderzoekers met behulp van seismische golven nog dieper te kijken. De methode is enigszins te vergelijken met een echografie, want de golven van een aardbeving worden verstrooid en veranderen van snelheid wanneer ze door verschillende lagen (met verschillende temperaturen en samenstellingen) in het binnenste van de aarde galmen. Bij dat onderzoek werd pal onder de plek waar de aardbeving van 1969 plaatsvond een merkwaardige gesteentemassa met een hoge dichtheid gevonden. Nader onderzoek wees uit dat het hier om een beginnende subductiezone zou kunnen gaan.

Maar aan de oppervlakte was geen enkel kenmerk van zo’n zone te bespeuren, dus nam Duarte aanvankelijk aan dat de vreemde massa te wijten was aan foutieve metingen. Dat veranderde in 2018, toen Chiara Civiero, postdoc-onderzoekster aan het Instituto Dom Luiz, en haar collega’s een inkijkje met hoge resolutie in het binnenste van de aarde onder deze regio publiceerden. En daarop was de bel van gesteente nog steeds te zien.

“Nu weten we honderd procent zeker dat zich daar iets bevindt,” zegt Duarte. Andere onderzoekers ontdekten dat boven de gesteentemassa (die zich op een diepte van 250 kilometer onder het aardoppervlak uitstrekt) lichte aardschokjes leken plaats te vinden.

De sleutel tot het raadsel ligt volgens Duarte in een ogenschijnlijk niet-actief laag gesteente in het centrum van de tektonische plaat. Uit eerder onderzoek was al gebleken dat water dat door het netwerk van scheuren in deze oceanische plaat sijpelt, een reactie was aangegaan met gesteente daaronder, waardoor dat gesteente (tijdens een proces dat ‘serpentinisatie’ wordt genoemd) was veranderd in zachte en groene mineralen. Misschien was deze laag zacht genoeg om ervoor te zorgen dat de dichtere onderzijde van de plaat van de bovenzijde werd afgepeld. Wetenschappers denken dat deze vorm van tektonische ‘afpelling’ gebruikelijk is onder dikke continentale platen, zij het volgens een wat ander mechanisme, en mogelijk ook in oude subductiezones, maar het verschijnsel was nog nooit waargenomen in onverstoorde oceanische schollen.

Duarte en geoloog Nicolas Riel van de Johannes Gutenberg-Universität Mainz in Duitsland sloegen de handen ineen om een numeriek model op te stellen waarin ze de geserpentiniseerde laag en de naburige breukzones in kaart brachten. Daaruit bleek dat zich onder de oceanische plaat een gestaag naar beneden druipende massa gesteente had gevormd, als gevolg van het langzame afpellen van de onderste lagen van de plaat. Daarbij ontstonden diepe breuken die kunnen wijzen op het eerste begin van een subductiezone.

“Dat was ongelooflijk,” zegt Duarte.

Geologische oogwenk

Duarte is niet de eerste die deze merkwaardige processen voor de kust van Portugal heeft geduid, maar het is wel de eerste keer dat er gegevens zijn om die duidingen met bewijzen te staven. Meer dan vier decennia geleden begon Yoshio Fukao, tegenwoordig verbonden aan het Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), onderzoek te doen naar de diepe breukendie in verband werden gebracht met de beving van 1969. Daarna, in 1975, maakte Michael Purdy, nu vicepresident research van de Columbia University, een schetsvan wat hij dacht dat zich diep onder de grond afspeelde. En die schets lijkt verrassend veel op het nieuwe model.

“Het klinkt raar, maar het was niet mijn eigen idee,” grapt Duarte. “Purdy tekende in 1975 al het resultaat dat uit mijn numerieke model valt af te leiden – dat is ongelooflijk.”

Het werk moet nog in een wetenschappelijk tijdschrift worden gepubliceerd en voorlopig benaderen andere geologen de resultaten met een mengeling van voorzichtig enthousiasme en gezonde scepsis.

“Wat we tot nu toe weten, is grotendeels dat nieuwe subductie de neiging heeft om zich op plekken voor te doen waar subductie al gaande is,” zegt Crameri. “Maar dat betekent niet dat er geen subductie op een nieuwe locatie kan ontstaan.”

Een belangrijk probleem is dat het nieuwe model geen verklaring lijkt te bieden voor die merkwaardig ‘saaie’ abyssale vlakte boven het epicentrum van de aardbeving, zegt Gutscher. Volgens Valentina Magni van de Universiteit van Oslo, een van de organisatoren van de EGU-lezing, zijn in de grondige nieuwe studie ook veel van de krachten ingecalculeerd die optreden in het netwerk van breuken rond het betreffende gebied. Toch betwijfelt zij of het model goed aansluit op de werkelijkheid.

“Ik denk dat het echt heel moeilijk is dat subductie begint op een plek terwijl er rondom die plek verder niets gebeurt,” zegt zij.

Duarte en zijn medeauteurs werken momenteel aan de publicatie van hun onderzoek, zodat hun gegevens uitgebreider kunnen worden beoordeeld en besproken. Als het artikel voor publicatie wordt geaccepteerd, zal hij Michael Purdy het eerste exemplaar toesturen.

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

Lees meer