Oudste bewijs van bewegende tektonische plaat gevonden in Australië

Platentektoniek geeft vorm aan het aardoppervlak en heeft wellicht bijgedragen aan het ontstaan van leven. Een nieuw onderzoek levert aanwijzingen op over hoe deze planetaire draaibeweging ontstond.

vrijdag, 24 april 2020,
Door Maya Wei-Haas
Op deze illustratie is te zien hoe een doorsnede van de aarde er mogelijk uitzag, meer ...

Op deze illustratie is te zien hoe een doorsnede van de aarde er mogelijk uitzag, meer dan drie miljard jaar geleden. Er bestaat veel discussie over de vraag of er in deze periode al sprake was van platentektoniek. Een nieuw onderzoek draagt bij aan het debat met het vroegste directe bewijs van beweging van platen dat ooit werd gevonden.

Foto van Image by Alec Brenner, Harvard University

In het verlaten landschap van West-Australië geeft een rotsachtige aardlaag die meer dan drie miljard jaar geleden ontstond geologen een bijzonder inkijkje in de vroege draaibewegingen van onze planeet. Dit gesteente - dat hoort tot het oudste ter wereld - bevat wat mogelijk het oudste directe bewijs is van de beweging van tektonische platen.

Het gesteente ontstond toen magma van onder het aardoppervlak in een inmiddels verdwenen oceaan stroomde, afkoelde en verhardde tot een bobbelige massa. Zoals wordt uitgelegd in een nieuw artikel in Science Advances, blijkt uit magnetische kenmerken die in de rotsen bewaard zijn gebleven dat het gebied 3,2 miljard jaar geleden met dezelfde snelheid over de aarde kroop als tektonische platen dat tegenwoordig nog steeds doen. Dat is bijna een half miljard jaar eerder dan het voorheen oudste bewijs van dit soort verplaatsingen.

“Dit is een soort van smoking gun,” zegt geochemicus Annie Bauer van de Amerikaanse University of Wisconsin-Madison, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. “Dit is het belangrijkste bewijs dat we kunnen krijgen van vroege bewegingen van platen.”

Tegenwoordig zijn de tektonische platen van de aarde constant in beweging. Bij dit proces  ontstaan bergen, bekkens en vulkanische uitbarstingen. Door deze bewegingen werden ook een aantal ecologische leefmilieus gevormd zoals hydrothermale bronnen op de zeebodemen poelen met kokend water op het aardoppervlak; het soort omgevingen waarvan wordt gedacht dat daar het leven begon.

“Als we proberen wijs te worden uit de puzzelstukjes van de platentektoniek, worden wij ook wijzer over onze ontstaansgeschiedenis,” aldus hoofdonderzoeker Alec Brenner, die promotieonderzoek doet aan de Harvard University.

Op jacht naar oeroud gesteente

Onze planeet, die ontstond toen gas- en stofwolken ongeveer 4,5 miljard jaar geleden samenklonterden, was in eerste instantie verschroeiend heet. Op het oppervlak bevonden zich gloeiendhete oceanen van gesmolten gesteente en vulkanen spuwden waarschijnlijk lava de lucht in. Maar het duurde niet lang voordat de aarde begon af te koelen, en in de loop van tientallen miljoenen jaren hardde het oppervlak uit tot een korst.

Wetenschappers denken dat deze vroege korst één enkele kap was die de hele planeet omvatte, ongeveer zoals het huidige oppervlak van Mars. Op een gegeven moment (de schattingen variëren van ongeveer vier miljard tot een miljard jaar geleden) brak deze kap in stukken uiteen, waardoor een wereldwijde puzzel van korstdelen ontstond, die tegen elkaar aan botsen en onderduiken in de aardmantel of omhoog worden geduwd. De platentektoniek was geboren.

Maar er is heel weinig bekend over hoe en wanneer deze overgang plaatsvond. Door de platentektoniek wordt het gesteente op aarde continu gerecycled. De korst smelt en verse lava komt omhoog, waardoor het bewijsmateriaal uit het verre verleden verloren gaat. “In feite is de eerste helft van de geschiedenis van de aarde in slechts vijf procent van het oppervlaktegesteente terug te zien,” aldus Brenner.

In veel onderzoeken naar vroege platentektoniek wordt op basis van chemische aanwijzingen afgeleid dat er sprake was van beweging. Dit gebeurt bijvoorbeeld door te kijken naar de samenstelling van zeer oude mineralen waaruit blijkt dat die zijn gevormd in subductiezones, zones waar de ene tektonische plaat onder de andere schuift. Maar om de beweging van de platen in kaart te brengen, moeten wetenschappers gebruikmaken van andere aanwijzingen, zoals de bewaard gebleven magnetische kenmerken van het gesteente.

In 2016 bestudeerde paleomagneticus Roger Fu, die later de begeleider van Brenner zou worden op Harvard, allerlei kaarten van Australië op zoek naar zeer oud gesteente met dit soort magnetische aanwijzingen, zodat hij de vroege verplaatsingen van de aardkorst direct zou kunnen meten. Fu en een collega richtten zich uiteindelijk op één vindplaats: de Honeyeater Basalt in West-Australië. In de zomer van 2017 trokken Brenner en Fu de Australische outback in, op zoek naar het 3,2 miljard jaar oude gesteente.

Ze haalden circa honderd boormonsters op uit verschillende delen van de rots, waarbij ze steeds de positie en oriëntatie van de monsters noteerden. Deze combineerden ze met meer dan honderd eerder verzamelde boormonsters. Eenmaal terug in het laboratorium analyseerden ze van iedere kern de magnetische kenmerken, die vastgelegd zijn in ijzerrijke mineralen die zich oriënteren als kleine kompasnaaldjes wanneer ze kristalliseren.

Nadat ze hun gegevens hadden aangepast aan de veranderende positie van het gesteente sinds de vorming ervan - een proces dat ook wel ‘fold test’, oftewel ‘kreuktest’ wordt genoemd - bleken de kompasnaalden allemaal dezelfde kant uit te wijzen. Dat wees erop dat dit de daadwerkelijke oorspronkelijke magnetische kenmerken van het gesteente waren. Fu herinnert zich dat hij dacht: “Misschien hebben we iets te pakken.”

Tektonisch begin 

Het team vergeleek de berekende positie van de Honeyeater Basalt met een eerder al geanalyseerde aardlaag in de buurt, die iets ouder is en oudere magnetische kenmerken bevat. Uit de analyse bleek dat de korst elk jaar ongeveer 2,5 centimeter opschoof in de tijd dat dit gesteente werd gevormd.

Die snelheid “is volkomen normaal voor een tektonische omgeving zoals we die tegenwoordig nog steeds op aarde hebben,” zegt Brenner.

Mogelijk vond die beweging al plaats toen de aarde nog werd bedekt door de enkele kap. De snelheid is echter hoger dan te verwachten zou zijn als dat het geval was. Het onderzoeksresultaat lijkt er dan ook op te wijzen dat de platentektoniek al na iets meer dan een miljard jaar nadat onze planeet werd gevormd van start ging.

Het bewijs van deze ene locatie hoeft echter niet per se te betekenen dat er al platen over de hele wereld bewogen, aldus Brenner. De platentektoniek begon waarschijnlijk stukje bij beetje, waarbij de korst in bepaalde gebieden eerder afbrak en begon te verschuiven dan elders.

“Het zou een ongelijkmatig proces kunnen zijn,” stelt Bauer, die onlangs een artikel publiceerde waarin de ongelijke start van vroege plaatbewegingen werd aangetoond.

Het is ook onduidelijk wat de oorzaak was van deze vroege bewegingen, zegt paleomagneticus John Geissman van de University of Texas at Dallas, die niet betrokken was bij de nieuwe studie. Een belangrijke drijvende kracht achter de huidige beweging van de platen is de schok die ontstaat als stenen schollen in de mantel duiken in subductiezones. Maar miljarden jaren geleden zouden andere processen een rol kunnen hebben gespeeld, zoals opstijgende slierten magma, waardoor gesteente spleet aan het oppervlak.

Als deze vroege bewegingen van 3,2 miljard jaar geleden inderdaad het begin van de platentektoniek vormden, dan zou dat betekenen dat de geologische draaibewegingen op aarde opmerkelijk vroeg begonnen. Dit was een cruciaal moment voor de evolutie van het leven zoals wij dat kennen. Platentektoniek fungeert als een planetaire thermostaat en zorgt ervoor dat broeikasgassen diep uit de aarde in de atmosfeer belanden. De tektoniek veroorzaakt vulkanische erupties, waardoor verse voedingsstoffen diep uit de grond naar boven worden gehaald. En misschien speelde de beweging van de platen ook een rol bij de toevoer van zuurstof in de lucht.

Door inzicht te krijgen in het ontstaan van platentektoniek “kunnen we meer te weten komen over het moment waarop gebeurtenissen plaatsvonden die van groot belang waren voor het ontstaan van leven op deze planeet,” aldus geochemicus Val Finlayson van de University of Maryland, die niet betrokken was bij de studie.

Daarom blijven wetenschappers op zoek naar meer tekenen van vroege bewegingen van de aardkorst. Brenner: “We zijn nu, precies op dit moment, de data-analyse aan het uitvoeren voor een andere rotslaag.”

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

lees verder

Laatste dag van dinosauriërs tot in detail bekend

Uit rotsmonsters die op grote diepte in de Chicxulub-krater zijn genomen, blijkt wat er gebeurde in de minuten en uren na een van de grootste rampen in de geschiedenis van onze planeet.

Aardbeving spleet tektonische plaat in tweeën – geologen staan voor raadsel

Een zware aardschok in Mexico was de laatste in een reeks van raadselachtige bevingen met een potentieel zeer verwoestende kracht.

Walvishaaien kunnen wel een eeuw oud worden, blijkt uit datering Koude Oorlog-bommen

De grootste vissen in de oceanen zijn kwetsbaarder voor uitsterven dan werd gedacht, zo toont een nieuw onderzoek aan.
Lees meer