Sev Kender bij zijn microscoop
Eén van de grootste vragen die nog moeten worden beantwoord in de platentektoniek is hoe subductiezones ontstaan, oftewel ‘initiëren’. Plaattektoniek en zeebodemverspreiding waren een baanbrekende theorie die in het midden van de 20e eeuw werd ontdekt en die een groot deel van de geologie verklaarde, en het begin vormde van onze moderne discipline. Voordien was er geen algemeen aanvaarde theorie over waarom oceanen en bergen zich vormden, waarom continenten eruit zagen alsof ze met elkaar verbonden waren, en waarom dieren van verschillende continenten lang geleden gemeenschappelijke voorouders bleken te hebben. Hier vertelt Sev Kender ons over enkele recente ontwikkelingen in de wetenschap…
Subductiezones, zoals de diepe Mariana Trench voor de zuidkust van Japan, zijn plaatsen waar een plaat onder een andere wordt geduwd terwijl ze naar elkaar toe bewegen. De onderliggende plaat wordt opgeslokt in de aardmantel, en creëert heet magma dat uitbarst uit vulkanen aan het oppervlak van de bovenliggende plaat (b.v. de Noordelijke Marianen). Het is vrij moeilijk te verklaren hoe een stuk passieve oceaankorst plotseling uiteenvalt en een geul begint te vormen, en er bestaan twee belangrijke modellen om te verklaren hoe een subductiezone kan ontstaan: spontaan’ (de ene kant zinkt omdat hij dichter is) of ‘geïnduceerd’ (gedwongen door druk van een andere, verder weg gelegen, bron). Maar het is moeilijk om deze ideeën te testen, omdat het proces vandaag de dag niet kan worden waargenomen. Subductiezones bestaan vele miljoenen jaren, en de initiatieperiode is in de meeste gevallen miljoenen jaren geleden.
De plaats van het onderzoek in de korst
van de Izu-Bonin-Mariana arc
Een manier om de initiatie van subductiezones te begrijpen is door een lang boorgat te boren in de oceaankorst op de bovenliggende plaat, om de samenstelling en ouderdom van de korst te testen en te zien hoe deze zich gedroeg (in termen van veranderingen van het zeeniveau), voordat de subductie begon. Het probleem is dat miljoenen jaren tijd sinds de initiatie ervoor heeft gezorgd dat kilometers sediment zich bovenop hebben opgestapeld en de korst aan het zicht hebben onttrokken.
Mijnzelf en 30 andere wetenschappers reisden in de zomer van 2014 naar de Filipijnse Zee met het boorschip JOIDES Resolution, geëxploiteerd door het International Ocean Discovery Program, om in de korst van de Izu-Bonin-Mariana arc te boren. Dit is een uitgedoofde oceaangeulzone ten zuiden van Japan, waar de hedendaagse Marianagoot begon. In ons artikel in Nature Geoscience melden we hoe we met succes 1,5 km hebben geboord door de bovenliggende sedimenten en tot in de korst zelf, waarbij we de gesteenten hebben gedateerd met microfossielen en magnetische veldomkeringen ‘magnetochronen’ (bekende omkeringen in het verleden die met andere technieken in andere gegevens zijn gedateerd).
We ontdekten dat de korst veel jonger was dan verwacht (Eoceen, ongeveer 50 miljoen jaar oud), een verbluffende ontdekking die aangeeft dat we onze ideeën over de vorming van de subductiezone moeten bijstellen. De korst heeft chemische kenmerken die erop wijzen dat hij is gevormd op het moment dat de subductiezone begon, en niet veel eerder. De korst kan zijn gevormd in een extensieomgeving door spreiding van de zeebodem, in zekere zin vergelijkbaar met de korst die tegenwoordig op middenoceanische ruggen wordt gevormd, maar in dit geval in de buurt van de nieuw gevormde subductiezone.
Middenoceanische ruggen zijn de plaatsen waar verse nieuwe oceanische korst wordt gevormd en zijn het tegenovergestelde van subductiezones. In de buurt van de ruggen bevinden zich tegenwoordig talrijke ’transformatiefracturen’, enorme breuken in de korst die ontstaan door de interactie tussen de spreidingsplaten en de kromming van de aarde.
Een dunne doorsnede door de jonge korst
Een idee is dat de subductiezone is ontstaan langs een eerdere zwakke plek in een van deze breukzones, maar onze gegevens leveren hiervoor geen bewijs. Ze laten echter wel zien dat het ontstaan van de subductiezone waarschijnlijk eerder ‘spontaan’ dan ‘geïnduceerd’ was, aangezien de korst is gevormd in een extensieomgeving en voor de vorming niet is opgeheven. Verdere analyses van de verzamelde gesteenten in de komende jaren zullen ons helpen dit nieuwe model te verfijnen, en de evolutie van de Izu-Bonin-Mariana boog sinds zijn ontstaan te begrijpen.
Door Sev Kender (Research Fellow binnen het Centrum voor Milieugeochemie, BGS-Universiteit van Nottingham).
Volg Sev op twitter @SevKender
Afbeeldingen
Sev Kender bij zijn microscoop
De locatie van het onderzoek naar de korst van de Izu-Bonin-Mariana arc
Een dunne doorsnede door de jonge korst