Gevormd door bewegende aardplatenZeventig miljoen jaar geleden kon je nog van Rio de Janeiro naar Melbourne wandelen, maar nu? Aardplaten bewogen én bewegen met centimeters per jaar. Hierdoor komen botsen platen soms massaal op elkaar, een supercontinent vormend, om vervolgens weer op te breken. Deze gebeurtenissen uit een ver verleden bepalen op welke hoogte we leven en in welk klimaat maar ook bijna de hele economie. Waar zouden we zijn zonder aardolie en gas, grondstoffen die niet zouden zijn ontstaan als er geen plaattektoniek bestond.

In de aardse geschiedenis zijn de continenten en oceanen vele malen van vorm en plaats veranderd (paleogeografie) door het proces van plaattektoniek. Samenklontering tot supercontinenten vindt om de 300-500 miljoen jaar plaats, daarna breekt het supercontinent weer in stukken. Waar en de continenten liggen en heen bewegen heeft enorme invloeden op het klimaat, de waterhuishouding, de zeestromingen, de zeespiegel, vulkanen en aardbevingen, evolutie van plant en dier en zelfs de (grondstof)economie!

Het klimaat op de Tibetaanse Hoogvlakte is even wat anders dan die op het Indiase laagland. En dat door een aardplaatbotsing. Bron: NASA

Hoe verder aardwetenschappers teruggaan in de tijd, des te minder gesteente is er om te onderzoeken. De oudste gesteenten op aarde komen op het land voor en hebben een ouderdom van circa 4 miljard jaar. In de oceanen zijn de gesteenten relatief jong: maximaal 180 miljoen jaar. De rest is verdwenen door het plaattektonische proces subductie, waarbij oceaangesteente in de diepe aardmantel verdwijnt. Dit betekent dat voor de ligging van heel oude continenten vooral onderzoek moet worden gedaan naar gesteenten op het land.

Dit onderzoek omvat paleomagnetisme (onderzoek naar het vroegere aardmagnetische veld), de zoektocht naar gebergteketens die vroeger aan elkaar zaten, het koppelen van sporen van uiteen bewegende continenten en het herkennen van mineralen (meestal zirkoon) afkomstig van andere continenten.

Supercontinenten

Deze methoden zijn vooral geschikt om hele grote continenten uit het verleden op te sporen: de supercontinenten. Uit hoeveel oppervlak een supercontinent minimaal bestaat en ook de exacte locatie is niet altijd bekend, vooral bij hele oude supercontinenten. Supercontinenten vormen zich door het tegen elkaar botsen van vele aardplaten met daarop continenten. Na tientallen miljoenen jaren valt het supercontinent weer in meerdere stukken uiteen, mogelijk omdat hitte die onder het continent is opgeslagen een uitweg zoekt.

De supercontinenten zijn Vaalbara (ongeveer 3,3 – 2,8 miljard jaar geleden), Ur (ongeveer 3 miljard), Kenorland (ongeveer 2,7 – 2,1 miljard), Columbia of Nuna (ongeveer 1,8 – 1,5 miljard), Rodinia (ongeveer 1,2 – 0,8 miljard), Pannotia (ongeveer 600-540 miljoen jaar geleden) en Pangea (ongeveer 300-180 miljoen). Noord-Amerika lag waarschijnlijk centraal in Columbia. Rodinia lag rond de evenaar en bestond uit vele huidige werelddelen met Noord-Amerika in het centrum. Pannotia vormde zich uit landmassa’s van het opgebroken Rodinia en lag rond de Zuidpool. Uit de ouderdommen volgt dat elke 300-500 miljoen jaar een supercontinent ontstaat.

Het opsplitsen van de continenten van nu tot 700 miljoen jaar geleden. Animation of continental drift and plate tectonics by Chris Scotese, © 2008, PALEOMAP Project (www.scotese.com)

Pangea

Het één na laatste supercontinent Pannotia was geen lang leven beschoren en brak uiteen in vier grote continenten: Laurentia, Baltica, Siberië en Gondwanaland. Laurentia bestond uit Noord-Amerika en Groenland, Baltica uit Midden- en Noord-Europa en Gondwanaland uit Antarctica, Zuid-Amerika, Afrika, Australië en India. Rond 300 miljoen jaar geleden vormde zich hieruit Pangea (letterlijk ‘alles aarde’). Het Russische Oeralgebergte en de Appalachen

aan de oostkust van Noord-Amerika zijn de overblijfselen van deze botsingen. Zuidelijk Pangea lag rond de Zuidpool.

Pangea. Antarctica lag nabij de Zuidpool en de evenaar gaat tussen Noord- en Zuid-Amerika door. Tussen Eurazië en Afrika lag de Tethys Zee. Bron: GNU

Pangea breekt

Vanaf 200 miljoen jaar geleden begon Pangea in stukken te breken. Het begon met twee grote riftzones, zones waar de continenten uiteen bewegen en waar uiteindelijk de oceaan tussen zal komen te liggen. Eén zo’n riftzone ontstond tussen Noord-Amerika en Afrika. Nog steeds zijn er vulkanische gesteenten die hieraan herinneren. Een tweede riftzone ontwikkelde zich langs de zuidelijke west- en oostkust van Afrika. Hierdoor kwamen Zuid-Amerika, Antarctica en India los van Afrika vanaf 135 miljoen jaar geleden.

De twee riftzones in de later Atlantische Oceaan, voegden zich samen en vormen nu de Mid-Atlantische Rug. De Indische aardplaat trok noordwaarts en botste 45 miljoen jaar geleden op de Eurazische plaat. Hierdoor werd het spectaculaire Himalayagebergte opgeworpen. Andere belangrijke gebeurtenissen waren het loskomen van Australië (ongeveer 60 miljoen jaar geleden) en Zuid-Amerika (23 miljoen jaar geleden) van Antarctica. Ook het sluiten van de Panama doorgang tussen Noord- en Zuid-Amerika tussen 3 en 2,5 miljoen jaar geleden is belangrijk.

Het opsplitsen van Pangea vanaf 200 miljoen jaar geleden tot nu. Bron: USGS

Oceaanstromingen

Oceaanstromen zijn afhankelijk van de positie van de continenten én heel belangrijk voor het klimaat. De Golfstroom zorgt er bijvoorbeeld voor dat West-Europa relatief warm is ten opzichte van Canada op dezelfde breedtegraad. Een ander voorbeeld is de opening van de Drake zeestraat tussen Zuid-Amerika en Antarctica, ongeveer 23 miljoen jaar geleden. Hierdoor kon de Circum-Antarctische zeestroom ontstaan om Antarctica heen. Sterke afkoeling zorgde voor een enorme ijskap en voor geleidelijke wereldwijde verlaging van de zeespiegel.

Toen Noord- en Zuid-Amerika zich verbonden was hier geen stroming meer mogelijk tussen de Stille Oceaan en de Atlantische Oceaan. Er werd meer zout, warmte en vocht naar de polen vervoerd. Meer sneeuw zorgde voor de opbouw van ijskappen en voor het begin van de periode van de ijstijden (glacialen) afgewisseld met warmere perioden (interglacialen). Op dit moment leven we in zo’n interglaciaal waardoor relatief weinig is op het land is opgeslagen en de zeespiegel relatief hoog is. Voorwaarde voor een ijstijd is wel dat continent nabij de polen ligt, ijstijden van de afgelopen miljoenen jaren zijn niet zo koud dat het ijs tot nabij de evenaar reikt.

De Golfstroom is een krachtige, ondiepe zeestroom Europa voorziet van warmtetoevoer. Bron: GNU

Zeespiegel

Plaattektoniek kan ook voor zorgen dat de zeespiegel stijgt door het versneld uiteengaan van de aardplaten bij oceanische ruggen. Hierdoor stolt er meer lava in kortere tijd, neemt de dichtheid van het gesteente gemiddeld genomen af van de oceaanrug af, en zal het wegzakken van de oceanische plaat daarom minder snel gaan. Hierdoor wordt de onderzeese rug breder en is er minder ruimte voor oceaanwater. De zeespiegel stijgt en laaggelegen continenten stromen onder. Dit gebeurde bijvoorbeeld in een deel van de Krijtperiode (85-125 miljoen jaar geleden). Hierdoor ontstonden dikke lagen kalksteen en kwam het leven in de ondiepe oceanen tot een hoogtepunt.

Gebergten

Hoge ruggen of gebergteketens worden op het land meestal gevormd door het botsen of onder elkaar schuiven van aardplaten. Ze vormen een barrière in het landschap (voor bijvoorbeeld een zuidelijke beweging van een ijskap) en beïnvloeden het klimaat. Een voorbeeld is stuwingsregen aan de zeezijde (loefzijde) van grote gebergtes zoals de Andes en de Himalaya. Aan de andere kant van de bergen (lijzijde) valt juist heel weinig neerslag.

Een andere belangrijk aspect van bergen is dat ze de koolstofkringloop beïnvloeden. Bij vorming ontstaat er per km2 meer oppervlakte steen dat in contact staat met de atmosfeer.

Hierdoor neemt de verwering toe waardoor er koolstofdioxide aan de atmosfeer onttrokken wordt. Een wereldwijde daling van de temperatuur kan dan volgen.

Daarnaast beïnvloeden bergen de waterhuishouding van het berggebied én het achterland. Rivieren ontspringen namelijk in gebergten en zorgen voor watertoevoer in de laaggelegen gebieden. Naast water nemen de rivieren ook veel zand en klei mee. Dit sediment zorgt voor het uitbreiden en ophogen van het laaggelegen land. Een goed voorbeeld is Nederland, dat ook voor een groot gedeelte is opgebouwd uit riviersedimenten.

Het Himalaya gebergte gezien vanuit het ruimtestation ISS. De kijkrichting is naar het zuidzuidoosten. Bron: NASA

Vulkanen en aardbevingen

In berggebieden zijn vaak vulkanen aanwezig en een aardbeving is ook niet zeldzaam. De grootste natuurrampen en de daarmee gepaard gaande schade vinden plaats bij de randen van de aardplaten. Vulkanisme zorgt echter ook voor vruchtbare bodems.

De locatie van aardbevingen zwaarder of gelijk aan 4,5 op de schaal van Richter van 1978-1987. Negentig procent van de aardbevingen vindt plaats nabij plaatgrenzen. Bron: USGS

Leven en evolutie

Vruchtbare bodems stimuleren de plantengroei, maar ook de positie van de platen zelf (paleogeografie) heeft invloed op de organismen en hun evolutie. Zo zou de zuurstofconcentratie, niet onbelangrijk voor het leven op aarde, stijgen bij het vormen van een supercontinent en weer dalen bij het uiteengaan. Continenten die noordwaarts zijn bewogen sinds het op breken van Pangea zijn terechtgekomen in compleet andere klimaatzones. India en Australië zijn vanaf nabij de Zuidpool naar de evenaar bewogen en India is de evenaar zelfs gepasseerd. Europa is sinds Pangea van een tropische naar een gematigd klimaat gegaan door haar noordwaartse beweging. Daarom zijn fossielen uit de verschillende geologische perioden zo verschillend.

Daarnaast heeft plant en dier bij het uiteengaan van continenten een eigen evolutie doorgemaakt. Neem bijvoorbeeld de buideldieren die ongeveer 125 miljoen jaar geleden ontstonden. Ze konden Australië in deze Krijt periode nog bereiken via Zuid-Amerika en Antarctica, maar vanaf 60 miljoen jaar was dat niet meer mogelijk. Toen kwam Australië los van Antarctica. Het samenkomen van continenten zorgt er juist voor dat plant en dier het ene continent kan gaan bevolken en de inheemse organismen verdringen. Dat gebeurde toen Noord- en Zuid-Amerika rond 2,5-3 miljoen jaar geleden weer met elkaar verbonden raakten.

Europa, India en Australië zijn alleen noordwaarts bewogen sinds het opbreken van Pangea. Bron: USGS

Grondstoffen

In de ondiepe zeeën van de Krijt periode leefden micro-organismen met een kalkskeletje. Na doodgaan stapelden deze zich op, werden samengedrukt en vormden uiteindelijk de kalksteen. De cementindustrie, zoals de ENCI bij Maastricht, gebruikt kalk nog steeds als grondstof. Naast kalk wordt zout uit het Perm en de Trias periode (200-300 miljoen jaar geleden) nog gewonnen in Oost-Nederland. Nederland lag toen nog nabij de evenaar en was bedekt onder een zee, een bron van opgelost zout. Na verdamping van het zeewater sloeg het zout neer.

De beweging van de aardplaten kan magma uit het binnenste van de aarde het oppervlak bereiken dat vervolgens stolt tot diverse mineralen. Zonder vulkanen hadden we veel minder mineralen als goud, zilver, koper, lood en zink tot onze beschikking.

Steenkool is ook zo’n grondstof die veelvuldig werd en wordt gewonnen. De steenkool in Nederland en omringende landen komt uit het steenkooltijdperk het Carboon (300-360 miljoen jaar geleden), waarin dit deel van Europa rond de evenaar lag. Door het hoge koolstofdioxide gehalte in de atmosfeer was de zeespiegel hoog en moerassen en mangrovebossen waren onderdeel van de enorme begroeiing. Na opslag en gedeeltelijke afbraak in de bodem werd uiteindelijk steenkool gevormd.

Ook aardgas en aardolie zijn economisch gezien van zeer grote waarde. Deze hebben hun oorsprong in een vroegere zeeomgeving waarbij de bodem zuurstofarm was, zodat veel organisch materiaal niet werd afgebroken. Als de temperatuur na begraving opliep tot tegen de 100°C, kon aardolie ontstaan; bij nog hogere temperaturen ontstond zelfs aardgas. Omdat aardgas en aardolie lichter zijn dan het omringende gesteente stijgen ze totdat ze een ondoordringbare laag tegenkomen. Ook kunnen koollagen uit het Carboon ontgassen en aardgas opleveren (zoals onder Slochteren en onder de Noordzee). In Nederland en omringende landen stamt het ‘oliemoedergesteente’ uit het Jura van 180 miljoen jaar oud.

Kennis van plaattektoniek maakt het ook mogelijk voorspellingen te doen. Waar zijn rijke olievelden te vinden? Dat hangt direct samen met waar een stuk land of zeebodem zich miljoenen jaren terug bevond. Wie de trage beweging van continenten begrijpt, kan daarmee snelle winst maken in de vorm van grondstofwinning.

Rijke landen hebben veelal veel olie in de bodem zitten. Klik op de afbeelding voor een vergrote versie

Toekomst

Als de huidige plaatbewegingen doorzetten, zal Afrika tegen de Eurazische aardplaat aan botsen. Hierdoor verdwijnt de Middellandse Zee en zal er een gebergte ontstaan tussen Europa en Afrika. De Atlantische Oceaan zal zich verder verbreden. Wat er na 50 miljoen jaar

exact zal gebeuren is onzeker, maar wetenschappers denken dat er over 250 miljoen jaar weer een supercontinent zal bestaan: ‘Pangea Ultima’. De landmassa zou rond de evenaar liggen.

Plaattektoniek had en heeft dus een enorme impact op onze aardbol en stuurt op lange tijdschalen het klimaat, de waterhuishouding, zeestromingen, ijstijden, de zeespiegel, de ligging van continenten en oceanen, het voorkomen van vulkanen en aardbevingen en heeft zelfs invloed grote op evolutie en de (grondstof)economie. De mens heeft maar te leven naar de nu heersende maar langzaam veranderende plaattektonische omstandigheden en de gevolgen hiervan. Met de trein naar Rio de Janeiro zit er pas over 250 miljoen jaar weer in.

Door: Adiël Klompmaker van: http://www.kennislink.nl/publicaties

Referenties:

• Bartoli et al., 2005. Final closure of Panama and the onset of northern hemisphere glaciation. Earth and Planetary Science Letters 237: 33-44.• Beunk & De Vries. 2000. Plaattektoniek: motor van het systeem aarde. GEA 2000 (2): 35-47.• Rogers & Santosh, 2004. Continents and supercontinents.• Tarbuck & Lutgens, 1999. Plate tectonics. In: Earth: 469-509.