Vreemde rotatie aarde lost mogelijk eeuwenoud klimaatraadsel op

Door geologische verschuivingen veranderden weelderige landschappen mogelijk in dorre streken, wat talloze dieren het leven kostte. En dat kan ooit opnieuw gebeuren.maandag 18 november 2019

Wetenschappers onderzoeken het Dzjoengaarse Bassin in het noorden van China. Uit gesteente in verschillende delen van ...
Wetenschappers onderzoeken het Dzjoengaarse Bassin in het noorden van China. Uit gesteente in verschillende delen van het land blijkt dat er tussen 165 en 155 miljoen jaar geleden een dramatische klimaatverandering plaatsvond. Ouder gesteente is rijk aan steenkool, dat werd gevormd in koele, natte weersomstandigheden, terwijl jonger rood zandsteen werd gevormd in een warm en droog klimaat. Onderzoekers stellen dat deze verandering een bijzondere oorzaak heeft: een verschuiving van de geografische locatie van de regio, die te maken heeft met een verschijnsel dat true polar wander wordt genoemd.
Foto van Ira Block, Nat Geo Image Collection

In eerste instantie lijkt het of er sprake was van uitsterven door klimaatverandering: ruim 160 miljoen jaar geleden, tijdens de Jura, kroop, zwom en vloog er een bonte beestenboel rond in de koele, vochtige wouden in wat nu het noordoosten van China is. Maar toen, in een geologisch gezien zeer korte tijd, werd het warmer en droogde het land uit. Met het verdwijnende water ging ook het leven in het gebied verloren. Wetenschappers braken zich tot voor kort het hoofd over de oorzaak van deze ecologische ramp.

In een onlangs gepubliceerd artikel in het vakblad Geology wordt nu gesteld dat niet het klimaat veranderde, maar de geografische ligging van het gebied. Uit paleomagnetische sporen in de rotsen in de omgeving blijkt dat de hele regio ergens tussen 174 en 157 miljoen jaar geleden maar liefst 25 graden naar het zuiden opschoof, waardoor het weelderige landschap in een hete, droge zone belandde.

Deze plotselinge verplaatsing maakte onderdeel uit van een verschijnsel dat ook wel true polar wander wordt genoemd. Dit houdt in dat de buitenste lagen van de planeet, waarschijnlijk tot aan de vloeibare buitenkern, aanzienlijk verschuiven of “dwalen” terwijl de aarde haar dagelijkse rondje rond haar gebruikelijke as draait.

Tijdens de Jura draaiden het aardoppervlak en de mantel rond een denkbeeldige lijn door de hoek in de westkust van Afrika die ook wel de Baai van Benin wordt genoemd. Het ging waarschijnlijk om een immense verschuiving: als datzelfde verschijnsel zich nu voor zou doen, zou dat betekenen dat een vlag, die eerst in Dallas in de Amerikaanse staat Texas stond, uiteindelijk terecht zou komen in wat nu de Canadese regio Northern Manitoba is. Aan de andere kant van de wereld zou het Aziatisch continent een ruk naar het zuiden maken.

Earth 101
De aarde is voor zover we weten de enige planeet waarop leven voorkomt. Kom meer te weten over de oorsprong van onze planeet en over een aantal van de belangrijkste factoren die van dit blauwe stipje in de ruimte een uniek wereldwijd ecosysteem maken.

De aarde heeft in het verleden waarschijnlijk ook kleinere episodes van true polar wander doorgemaakt en er zijn wetenschappers die denken dat dit nog steeds speelt.

“We maken op dit moment weer true polar wander mee,” aldus Dennis Kent, die zowel aan de Rutgers als de Columbia University werkt op het gebied van paleomagnetisme en die niet betrokken was bij de nieuwe studie.

Voor alle duidelijkheid, deze recente bewegingen zijn nietde oorzaak van de klimaatverandering waarmee we nu te maken hebben. Die is het gevolg van het feit dat mensen continu broeikassen uitstoten in de atmosfeer. Daarnaast is de omvang van de verschuiving tijdens de Jura, en zelfs de vraag of true polar wander echt bestaat, nog steeds onderwerp van discussie.

“Het is geen onlogische redenering,” aldus Christopher Scotese, de directeur van het PALEOMAP Project. “Maar het idee is controversiëler dan veel mensen denken.”

Onderzoek naar de verschuivingen van de aarde in heden en verleden zou niet alleen kunnen bijdragen aan het beslechten van de discussie, maar zou ook meer kennis kunnen opleveren over de complexe werking van onze planeet.

“Het is zo belangrijk om fundamenteel onderzoek te blijven doen,” stelt Lydian Boschman, geologe aan de Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) in Zürich, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Als we de basisbeginselen niet kennen, dan kunnen we verder niets doen.”

Draaiend verleden

Hoewel diepe, geologische draaiingen drastische gevolgen kunnen hebben voor het aardoppervlak, hebben ze nauwelijks effect op het aardmagnetisch veld. Dit ontstaat immers door de stroming van gesmolten ijzer en nikkel in de buitenkern van de aarde, zo'n 3.000 kilometer onder het aardoppervlak. Daardoor kunnen wetenschappers aan de hand van ijzerrijke mineralen, die zijn afgestemd op magnetische velden, meer te weten komen over de draaiingen in het verleden van de planeet. Wanneer sediment zich verzamelt en versteent, of wanneer lava afkoelt, richten deze mineralen zich als kompasnaalden naar het aardmagnetisch veld. Zo vormen ze een momentopname van de ligging van een regio op onze planeet in een bepaalde periode in het verleden.

Maar niet alle gesteenten zijn perfecte stenografen. Tijdens het proces waarbij sediment in gesteente verandert, kunnen de magnetische eigenschappen door de druk veranderen. Dat heeft gevolgen voor het herleiden van hun positie op aarde. Kent en wijlen Edward Irving, die bij de Geological Survey of Canada werkte, ondervingen deze sedimentaire onduidelijkheid door alleen vulkanisch gesteente te bekijken. Zij ontdekten de sporen van een enorme verschuiving in het Juratijdperk. Uit hun onderzoek, dat in 2010 werd gepubliceerd, bleek dat het aardoppervlak tussen 160 en 145 miljoen jaar geleden circa 30 graden verschoof.

Vervolgonderzoek leverde nadere gegevens op, en het werd steeds duidelijker dat de megaverschuiving in de Jura gevolgen had voor de hele planeet. Er werden aanwijzingen voor gevonden in het huidige AfrikaNoord-AmerikaZuid-Amerika en het Midden-Oosten. Er was echter één regio die grotendeels op zijn plek leek gebleven: Oost-Azië, een gebied dat het grootste deel van Mongolië, China, Noord-Korea en Zuid-Korea beslaat.

"Deze regio kwam gedurende die hele periode nauwelijks van zijn plek in de breedterichting,” aldus Joseph Meert, een van de betrokken onderzoekers en paleomagneticus aan de University of Florida. “Dat leek niet te kloppen met de uitdroging in het gebied.”

Een van de problemen was dat de monsters voor de paleomagnetische onderzoeken naar de positie van de regio uit een te beperkte periode afkomstig waren, legt Meert uit. In vulkanisch gesteente wordt weliswaar keurig vastgelegd waar het magnetische noorden is, maar deze pool wil nog weleens verschuiven.Daarom moeten onderzoekers het gemiddelde nemen uit hun gegevens die een periode van enkele duizenden jaren beslaan. (Lees hoe het magnetische noorden verschuift).

Bovendien werd de regio, vanwege zijn complexe historie, ook vaak buiten beschouwing gelaten als het ging om wereldwijde verschuivingen, voegt Kent nog toe. De herkomst van andere landmassa's kan worden herleid tot het supercontinent Pangea, dat zo'n 180 miljoen jaar geleden uiteen brak, maar het is nog steeds niet duidelijk welke route Oost-Azië aflegde.

“Ze gingen daar een beetje hun eigen gang,” aldus Kent.

De megaverschuiving

In de zomer van 2015 en het voorjaar van 2018 ging het nieuwe team op zoek naar betrouwbaardere gegevens om de geologische verschuivingen van Oost-Azië te achterhalen, vertelt hoofdonderzoeker  Zhiyu Yi van de Chinese Academy of Geological Sciences in Beijing.

Gesteenten in verschillende delen van China vertellen een heel divers verhaal, wat ook al te zien is aan het grote verschil in kleuren. De afzettingen uit de vroege en midden Jura zijn donker en rijk aan steenkool, wat erop duidt dat het vroegere landschap bomvol planten stond. In de formaties uit de late Jura daarentegen, kwamen vooral roestrode afzettingen voor, ontstaan in dorre omstandigheden. (Lees verder over de bizarre fossielvondsten die het bewijs zijn voor het, voor zover bekend, oudste bos in Azië.)

Het team nam op in totaal 57 locaties monsters van vulkanisch gesteente uit deze contrasterende formaties. In 2017 bevestigde hun analyse eerdere conclusies dat het jongere, rode gesteente was afgezet op lage breedtegraden, waar vermoedelijk warme en droge weersomstandigheden voorkwamen, aldus Yi. Maar het moment van de waarheid brak aan in de zomer het jaar daarop, toen ze de oudere monsters analyseerden en ontdekten dat die gevormd waren op verrassend hoge breedtegraden.

“Op dat moment wist ik wat die gegevens betekenden: we hebben eindelijk sporen gevonden van true polar wander,” laat Yi via e-mail weten.

Meert erkent dat hij in eerste instantie enigszins sceptisch was wat betreft de enorme verschuiving, maar de nieuwe gegevens hebben hem overtuigd: “We zeiden: “Ja, dit is het,” vertelt hij over het moment dat hij met Yi in Beijing aan tafel zat en de data bekeek. “De verschuiving en de rest leek perfect in elkaar te vallen. Dus we namen een biertje en we brachten een toost uit en zeiden: ‘We gaan dit doen.’”

Uit het onderzoek bleek dat het aardoppervlak tijdens de Jura minstens 17 centimeter per jaar opschoof. Daardoor droogde het Oost-Aziatische landschap langzaam uit, wat er uiteindelijk toe leidde dat veel van de planten en dieren die daar toen leefden - en die de ‘Yanliao Biota’ wordt genoemd - uitstierven. Andere studies die al eerder werden gedaan, zouden erop wijzen dat er circa 130 miljoen jaar geleden nog een kleinere verschuiving plaatsvond, waardoor Oost-Azië terugkeerde naar een gematigd klimaat. Dat zou de basis zijn geweest voor een uitbarsting van nieuwe levensvormen die ook wel de Jehol Biota wordt genoemd. Deze uitzonderlijk goed bewaard gebleven fossielen hebben al veel verrassende ontdekkingen opgeleverd, zoals het feit dat de vroegste dinosaurus die we kennen met veren niet direct verwant is aan de vogels.

Draaiende toekomst

“Het mooie ervan is dat het heel simpel is,’ zegt Giovanni Muttoni, die op het gebied van paleomagnetisme werkzaam is aan de Università degli Studi di Milano. Hij was niet betrokken bij het onderzoek maar heeft wel uitgebreid onderzoek gedaan naar de grote verschuiving tijdens de Jura. De beweging en omvang stemmen overeen met eerdere onderzoeken, merkt hij op, en ze laten het verband zien tussen mysterieuze klimaatveranderingen en deze planetaire draaiing.

Maar Scotese is er niet van overtuigd dat er in de afgelopen 200 miljoen jaar sprake is geweest van true polar wander. Hij stelt dat de aangetroffen effecten ook verklaard kunnen worden door de beweging van tektonische platen. Tijdens de Jura verplaatsten Azië en Noord-Amerika zich heel langzaam, alsof ze op een wip zaten waarvan Europa het middelpunt was. Noord-Amerika schoof naar het noordwesten, terwijl Azië richting zuidoosten ging.

“Er zit enorm veel ruis in de paleomagnetische database, en paleomagnetici halen vaak allerlei trucs uit om die ruis te minimaliseren of dingen te corrigeren waarvan zij denken dat het fouten zijn,” zegt hij. “Ik ben het niet eens met die denkwijze. Naar mijn mening beïnvloed je daarmee de database.”

Maar anderen houden vol dat uit de gegevens true polar wanderblijkt en ook de megaverschuiving in het Juratijdperk.

“Die verschijnselen zijn echt,” stelt Muttoni. “Ze zijn terug te zien in het gesteente.”

Als dat zo is, blijven er nog steeds veel vragen over. Zo is het nog onduidelijk wat de oorzaak is van een dergelijke grote verschuiving. Bij zo'n gebeurtenis moet sprake zijn van een aanzienlijke herverdeling van de landmassa’s op onze planeet. Misschien is het ontstaan van subductiezones - regio's waar de ene tektonische plaat onder een andere duikt - een oorzaak van de verschuiving, zegt Boschman. Of misschien wordt die veroorzaakt doordat platen die al onder een andere zijn geschoven in stukken breken. Daardoor zouden stukken aardkorst door de mantel kunnen zinken, wat de planetaire balans verstoort, voegt Kent toe. Op dit moment is het ontrafelen van de vele geologische raadsels juist wat het spannend maakt.

“We komen steeds meer te weten, en je probeert het brandpunt te vinden van waar het gebeurt,” zegt Kent. “Maar intussen zou je er ook nog wel naast kunnen zitten.”

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

lees verder

Aardmagnetisch veld kantelt veel vaker dan werd gedacht

De magnetische polen van de aarde verwisselden 500 miljoen jaar geleden verrassend vaak van plek, wat nieuwe aanwijzingen oplevert over de binnenkern van de aarde en het vroegste leven op onze planeet.

Magnetische noorden verschuift en niemand weet waarom

Het World Magnetic Model, waarop veel navigatiesystemen zijn gebaseerd, is eindelijk bijgewerkt. Maar wat betekent dat?

Bizarre fossielen wijzen op oudste bos van Azië

De schriele bomen hadden een verrassend complex wortelgestel - en legden daarmee de basis voor de afzetting van steenkoollagen die tot op de dag van vandaag worden ontgonnen.
Lees meer