De sporen laten zich duidelijk zien, de kustlijnen van de drie grote continenten passen naadloos in elkaar,’ schrijft Abraham Ortelius in de kantlijn van zijn meesterwerk Theatrum Orbis Terrarum, rond 1570. De Vlaamse kaartenmaker suggereert dat de continenten uit elkaar gerukt zijn door de woeste kracht van aardbevingen en vulkanen. Ortelius slaat daarbij bijna de spijker op zijn kop: 250 miljoen jaar geleden vormden de continenten een groot aansluitend supercontinent, Pangaea genaamd, omringd door niets dan water. Maar het is juist andersom, aardbevingen en vulkanen ontstaan door de beweging van de continenten. Het zal vierhonderd jaar duren voordat geologen daar achter zijn. Plaattektoniek, het mechanisme dat de beweging van de continenten veroorzaakt is voor de geologie wat de evolutieleer is voor de biologie. Gebergtevorming, vulkanisme en aardbevingen, we kunnen het er allemaal mee verklaren.
Tot het begin van de twintigste eeuw wordt door de meeste geologen gedacht dat de positie van de oceanen en continenten onveranderlijk is. Maar in 1912 beweert de Duitse meteoroloog Alfred Wegener, dat de continenten ooit aan elkaar vast zaten, en sindsdien uit elkaar gedreven zijn. Hij baseert dit op de in elkaar passende kustlijnen van de continenten, zoals Ortelius ook al had gezien, en op de overeenkomst tussen de gesteenten aan op de beide continenten. Bovendien komen aan weerszijden van de oceaan dezelfde fossielen voor, en is het onwaarschijnlijk dat die planten en dieren de oceaan zijn overgestoken. Zijn ideeën worden door tijdgenoten echter niet serieus genomen omdat hij geen geoloog is. Bovendien zijn de oorzaken die hij suggereert, zoals getijdenwerking, in hun ogen ontoereikend. Tegenwoordig is hij geheel in ere hersteld. Je hoeft geen geoloog te zijn om iets verstandigs over geologie te beweren.
Continenten hebben dus ooit aan elkaar vastgezeten en zijn bovendien nog reislustig ook. Maar hoe? En hoe lang al? Er is in het begin van de twintigste eeuw nog geen consensus over de ouderdom van de Aarde. Schattingen liepen uiteen van 6000 jaar tot 100 miljoen jaar. De Britse geoloog Arthur Holmes (1890-1965) zorgt voor een belangrijke doorbraak. Hij toont aan dat de aarde minstens 1600 miljoen jaar oud moet zijn. Holmes suggereert dat radioactief verval in de Aarde de energiebron is die de continenten doet bewegen door convectiestromingen in het binnenste van de Aarde. Convectie is wat er gebeurt als bijvoorbeeld een pan met groentesoep op het vuur wordt gezet. De warmtebron zorgt dat de groenten opstijgen in het midden, gaandeweg afkoelen, wegdrijven naar de randen, en vervolgens zinken. Holmes kan echter zijn theorie niet wetenschappelijk bewijzen.
Toch zat Holmes niet ver af van wat we nu weten. Het buitenste gedeelte van de Aarde noemen we de lithosfeer. Deze bestaat uit meerdere delen, die platen of schollen worden genoemd. De platen zijn op hun beurt weer samengesteld uit continentale of oceanische korst en de bovenkant van de onderliggende mantel. Zij drijven op de onderliggende taai-vloeibare asthenosfeer, die ook deel uitmaakt van de aardmantel, met de snelheid van een groeiende nagel. Met zo’n 2 tot 15 centimeter per jaar, bewegen ze naar elkaar toe, van elkaar weg of langs elkaar heen. Dankzij GPS kunnen hun bewegingen tegenwoordig heel precies gemeten worden.
Het inzicht in het bewegen van de platen komt pas als de oceaanbodem grondig wordt onderzocht. De Nederlandse geofysicus Felix Vening Meinesz (1887-1966) doet onderzoek naar zwaartekrachtsmetingen op zee, met name in Indonesië. Zijn belangrijkste ontdekking is dat langs diepzeetroggen de zwaartekracht sterk afwijkt van die in andere gebieden, en hij schrijft dat toe aan convectiestromingen die naar elkaar toe bewegen. Juist langs die diepzeetroggen liggen de meeste vulkanen en gebergten en vinden veelvuldig aardbevingen plaats.
Op een van Vening Meinesz’ expedities in de jaren dertig is de jonge Amerikaanse geologiestudent Harry Hess (1906-1969) aan boord. Aangestoken door de bevindingen bij de diepzeetroggen brengt hij in zijn latere jaren de oceaanbodem zorgvuldig in kaart met behulp van sonar apparatuur. Zelfs tijdens de Tweede Wereldoorlog gaat hij door met zijn onderzoek, nu als kapitein van een onderzeeboot. In 1962 ziet hij in dat er midden in alle oceanen grote onderzeese bergketens voorkomen, samen wel twintigduizend kilometer lang. De Mid-Atlantische rug volgt precies de contouren van de uiteengedreven Afrikaanse en Zuid-Amerikaanse continenten, dat kan geen toeval zijn. Het is een mooie ondersteuning van Wegeners hypothese. Maar hoe werkt het precies?
De mid-oceanische bergruggen zijn de plaatsen waar de convectiestromen juist uit elkaar bewegen: het midden van de pan groentesoep. In de mid-oceanische rug groeit nieuwe oceaankorst aan door omhoogkomend vloeibaar magma. Het magma welt door diepe spleten in het centrale gedeelte van de rug omhoog, stolt, en wordt dan door de uiteen wijkende convectiestromen in tweeën gesplitst: een deel gaat linksaf, een deel gaat rechtsaf. Dit wordt spreiding van de zeebodem genoemd.
In het magma, het vloeibare gesteente onder de aardkorst, zitten magnetische mineralen. Wanneer het magma langs de mid-oceanische rug afkoelt, richten de magnetische mineralen zich naar het op dat moment heersende Aardmagnetisch veld. De richting wordt in het gesteente opgeslagen tijdens het stollen. Maar het Aardmagnetische veld is in de loop der tijden heel wat keren omgepoold. Dan wordt de magnetische Noordpool de Zuidpool of andersom. In de laatste tien miljoen jaar is dit al zo’n twintig keer gebeurd. Omdat het veld zich regelmatig omkeert worden ook de ompolingen onthouden door de oceanische korst. De oceaanbodem aan weerszijden van de Mid-Oceanische ruggen vertoont op gelijke afstand van de rug precies dezelfde structuur, ze zijn als het ware elkaars spiegelbeeld. Het oudste oceanische gesteente is nergens ouder dan 180 miljoen jaar, terwijl op de continenten gesteenten voorkomen die wel vier miljard jaar oud zijn. De oceaankorst is dus piepjong, en pas ontstaan toen de continenten uit elkaar begonnen te drijven. Het is de mooiste bevestiging van zijn theorie die Wegener zich had kunnen dromen.
Maar als op de ene plaats nieuwe korst gevormd wordt, moet er ergens anders iets verdwijnen, want anders zou de aardbol groter worden. De plaatsen waar dat gebeurt, had Vening Meinesz al gevonden: de diepzeetroggen. Daar wordt de ene plaat onder de andere geduwd, omdat hier de convectiestromen naar elkaar toe bewegen. Dit zijn de subductiezones. Door de botsing tussen de platen wordt spanning opgebouwd, en als die te groot wordt schieten de platen schoksgewijs in beweging: hier ontstaan de zwaarste aardbevingen op aarde. De tsunami van Tweede Kerstdag 2004, waarbij rond de Indische Oceaan meer dan 200 000 mensen omkwamen, werd veroorzaakt door een aardbeving waarbij de aardkorst in Noord-Sumatra over meer dan 1300 kilometer scheurde, precies waar Vening Meinesz al afwijkingen van de zwaartekracht had gemeten.
In een subductiezone kan een ondergeduwde plaat zo sterk opwarmen dat hij gedeeltelijk smelt. Het magma stijgt omhoog en vormt vulkanen aan het oppervlak. Dat gebeurt vrijwel overal langs de randen van de Stille Oceaan, bijvoorbeeld Nieuw-Zeeland en Japan, maar ook Alaska en Centraal Amerika. Deze zone wordt ook wel ‘ring van vuur’ genoemd. Overal langs de ring treden van tijd tot tijd catastrofale erupties op, zoals die van de Krakatau in 1883: berucht door zijn 34 000 doden en beroemd door de uiterst nauwkeurige reconstructie door de Nederlandse vulkanoloog Verbeek.
Waar oceanische korst onder oceanische korst wordt geduwd, vinden we vulkanische eilandbogen zoals de Bovenwindse eilanden Saba en St Eustatius. Waar oceanische korst met continentale korst botst, liggen grote gebergten, zoals de Andes, steeds met hun diepzeetroggen, hun vulkanen en hun aardbevingen. Maar vooral waar twee continentale platen op elkaar botsen, treedt grootschalige gebergtevorming op, zoals in de Alpen en de Himalaya. Platen kunnen ook langs elkaar bewegen zonder dat er een wordt ondergeduwd, en ook daarbij kunnen grote aardbevingen optreden, zoals in Californië langs de San Andreas breuk. San Francisco en Los Angeles liggen nu nog 600 km van elkaar, maar door de verschuivingen langs die breuk liggen ze over 10 miljoen jaar tegen elkaar aan.
Als voorspeld kan worden waar plaatsen in de toekomst zullen komen te liggen, kan ook berekend worden waar plaatsen vroeger lagen. De grote oliebedrijven, hebben daarom geologen in dienst die dit berekenen. Zo kunnen zij voorspellen waar miljoenen jaren geleden waarschijnlijk fossiele brandstoffen zijn gevormd.
Op dit moment is de aarde uniek: we zijn de enige planeet in ons zonnestelsel met bewegende platen. Mercurius, Venus, Mars, ze hebben allemaal geen plaattektoniek. Hoewel op Venus actief vulkanisme geobserveerd wordt, zijn die uitbarstingen niet te relateren aan wegdrijvende platen. Er is vast ook een verklaring voor, dus voor de geologen van de toekomst is er nog genoeg te ontdekken.
Tekst: Marit Brommer (1977)
Relevante boeken
Worden in de loop van 2020-2021 toegevoegd (3 september 2020)
Homepage Bètacanon
(zaterdag 13 januari 2007)
