Het land op aarde is voortdurend in beweging. Het leidt ertoe dat op sommige plaatsen botsingen plaatsvinden tussen continentale platen. Zo ontstaan bergketens.
Op die plekken is, zoals je je kunt voorstellen de aardkorst veel dikker geworden, maar ook smaller. Hij is als het ware ingedikt. Voorbeelden zijn het Tibetaanse Plateau in de Himalaya, de Europese Alpen en het Zagrosgebergte in Iran, die alledrie zijn ontstaan tijdens het Cenozoïcum, oftewel de laatste 66 miljoen jaar.
Volume versus massa
Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Earth and Planetary Science Letters, heeft geprobeerd de hoeveelheid continentale korst te berekenen die tijdens dergelijke botsingen in de mantel is verdwenen. Daarvoor ontwikkelden onderzoekers van de Monash University in Australië een theoretisch model dat het volume versus de massa van de continentale korst kan meten.
Onderzoeker Ziyi Zhu legt in eenvoudige bewoordingen uit hoe dat werkt: “Stel je voor dat je een zachte chocoladereep samenperst: het samengedrukte materiaal (horizontale verkorting) vormt een ophoping (verticale verdikking).” De reep wordt dus horizontaal gezien kleiner en verticaal gezien groter.
Tot wel 50 procent kwijt
Iets soortgelijks gebeurt er als twee tektonische platen op elkaar botsen. “Daarnaast kan de korst loodrecht omhoog gedrukt worden of erosie ondergaan aan de onderkant. Als de korstmassa behouden blijft, moet de massa van de verkorte korst in balans zijn met de massa van de verdikte korst, plus eventuele korst die verloren is gegaan door bijvoorbeeld erosie. Elke disbalans betekent dat de ontbrekende korst waarschijnlijk in de aardmantel zinkt”, legt de wetenschapper uit.
Het onderzoeksteam ontdekte dat tijdens de vorming van het Tibetaanse Plateau en het Zagrosgebergte minstens 30 procent van de continentale korst in de mantel is verdwenen (mogelijk zelfs tot 64 procent bij het Zagrosgebergte, afhankelijk van de oorspronkelijke korstdikte), terwijl tot 50 procent van het volume van de Alpen waarschijnlijk vernietigd is.
Delaminatie
Zhu vervolgt zijn uitleg: “Ons onderzoek kwantificeert de hoeveelheid aardkorst die tijdens continentale botsingen, zoals bij de vorming van de Himalaya, in de mantel verloren gaat. Hoewel algemeen bekend is dat erosie van de massieve Himalaya-bergen de grootste puinwaaiers op aarde heeft gecreëerd, tonen onze bevindingen aan dat het korstverlies in de mantel eigenlijk twee keer zo groot is als de oppervlakte-erosie.”
De onderzoeker vertelt dat delaminatie – het onderling loslaten van aan elkaar geklonken delen – waarschijnlijk verantwoordelijk is voor het recyclen van korst tijdens de vorming van het Tibetaanse Plateau. “Dit proces omvat het snel zinken of losraken van het onderste continentale gesteente in de aardmantel, veroorzaakt door de verhoogde dichtheid van eclogieten – een bepaald soort rotsen – die aan de basis van het gebergte zijn gevormd. Bewijs daarvoor omvat de vorming van kaliumrijke gesteenten, waarvan de geochemische kenmerken suggereren dat ze zijn ontstaan door hitte van een opwellend gloeiendheet, gesmolten deel van de mantel na de delaminatie van de voet van de bergen.”
Drijvend hout
“Een belangrijk gevolg van het loslaten van de basis van de bergen is de snelle opheffing van het berggebied erboven”, aldus Zhu, die het mechanisme uitlegt aan de hand van een voorbeeld. “Stel je een stuk drijvend hout voor met een ijzeren laag eronder, waardoor het gedeeltelijk onder water ligt; als de ijzeren laag losraakt en zinkt, zal het hout weer naar boven drijven.”
“In de Himalaya-regio komt deze door delaminatie veroorzaakte snelle opheffing overeen met de leeftijd van het kalium-adakitische gesteente en valt samen met het begin van hevige moessonregens ongeveer 22 miljoen jaar geleden. Dit benadrukt een verband tussen diepe korstprocessen en veranderingen in het oppervlakteklimaat tijdens de vorming van bergketens door de botsing van twee continenten.”
3000 km dichter bij elkaar
Sinds de vorming van het Tibetaanse Plateau ongeveer 59 miljoen jaar geleden begon, wijzen reconstructies van platenbeweging uit dat India en Azië ongeveer 3000 kilometer tot elkaar zijn gekomen, hoewel slechts 1000 tot 2000 kilometer hiervan kan worden toegeschreven aan de indikking van de aardkorst. De rest zou verdwenen zijn in de aardmantel.
Ondertussen begon de vorming van de Europese Alpen ongeveer 35 miljoen jaar geleden, waarbij mogelijk de helft van het korstvolume werd vernietigd. Dit verlies kan te wijten zijn aan de subductie van de onderste continentale korst in de mantel, zoals eerder beschreven in studies. Subductie is wanneer een oceanische plaat schuin onder een andere oceanische of continentale plaat schuift.
Botsing met Arabië
Tegelijkertijd begon de vorming van het Zagrosgebergte met de botsing van Arabië en Eurazië. Hier wordt het korstverlies toegeschreven aan een combinatie van factoren, waaronder de losgeraakte oceanische plaat, continentale subductie en druppelvorming, een proces waarbij ‘druppels’ continentale korst van de basis afdruipen.
“Bergketens die door continentale botsingen ontstaan, werden ook al eerder in de geologische geschiedenis gevormd, vooral toen enorme continenten samenkwamen, bijvoorbeeld bij de botsing tussen Oost- en West-Gondwana, die een grote bergketen creëerde die bekendstaat als de Transgondwanan Supermountains, ongeveer 500 miljoen jaar geleden”, legt Zhu uit.
Recycling
Zo ontstaat er een soort recycling: ook toen al zakte er veel aardkorst weg in de mantel, die honderden miljoenen jaren later opnieuw omhoog kwam bij een nieuwe botsing van continenten. “Daardoor zouden, bij vergelijkbare processen van korstverlies zoals bij het Tibetaanse Plateau, de Europese Alpen en het Zagrosgebergte, aanzienlijke hoeveelheden continentale materialen in de mantel zijn gerecycled, wat de mantel over miljarden jaren heeft ‘verontreinigd’ tijdens eerdere supercontinentcycli”, besluit Zhu.
