Plaattektoniek, the continental drift

Ongeveer 250 miljoen jaar geleden bestond er één groot supercontinent waarop alle landmassa op de aarde was verzameld, Pangea genaamd. Momenteel bestaat het landoppervlak op de aarde uit meerdere continenten en eilanden die zich op een totaal andere plaats bevinden dan ten tijde van het bestaan van dit supercontinent. Nederland, althans de ondergrond van het huidige Nederland, maakte ook deel uit van dit supercontinent en lag ongeveer ter hoogte van de evenaar. Hoe kan dit allemaal en waar komen deze verschuivingen vandaan? Het antwoord luidt plaattektoniek.

De opbouw van de aarde

Om plaattektoniek beter te kunnen verklaren moeten we eerst een kijkje nemen naar de opbouw van de aarde. De afstand vanaf het aardoppervlak tot aan het middelste puntje van de aarde bedraagt ongeveer 6.300 kilometer. Daartussen kan de aarde worden opgedeeld in 3 delen. Van buiten naar binnen, de aardkorst, de aardmantel en de aardkern. Die laatste kan ook weer worden onderverdeeld in een vloeibare buitenkern en een vaste binnenkern. De korst is de dunste laag, de dikte hiervan varieert tussen 6 km onder oceanen, tot 70 km onder gebergtes. Na de korst komt de aardmantel die ongeveer 2.800 km meet. Deze aardmantel is aanvankelijk visceus en wordt vloeibaar naarmate men dieper bij de aardkern komt. De buitenkern heeft een dikte van circa 2.300 km en de binnenkern 1.200 km. Belangrijk hierbij om te weten is dat de buitenste schil van de aarde ook wel lithosfeer wordt genoemd en het deel daaronder, tot ongeveer 600 km diepte, wordt asthenosfeer genoemd. De lithosfeer omvat de aardkorst en het buitenste deel van de aardmantel.

Wat is nu plaattektoniek?

Tektoniek bestudeert de bewegingen van de verschillende delen van de aardkorst. De aardkorst wordt namelijk gevormd door een aantal harde stijve delen die naar elkaar toe, langs elkaar heen of van elkaar af verschuiven. Het bewegen van deze delen van de aardkorst, ook wel platen genoemd, noemt men plaattektoniek. Naar elkaar toe bewegende platen noemt men convergerende platen, van elkaar af bewegende platen zijn divergerende platen, naast elkaar bewegende platen komen voor bij transformbreuken. Het verschuiven van de continenten heeft in het Engels de benaming "continental drift" gekregen.

Wat zijn de gevolgen?

Plaattektoniek staat aan de basis van allerlei omvangrijke geologische processen waaronder aardbevingen, vulkanisme en gebergtevorming. Nieuwe continenten worden geschapen en oude verdwijnen of worden samengevoegd. Het opbreken van platen in de aardkorst begint wanneer een grote hoeveelheid warm gesteente zich ophoopt onder een deel van de plaat. Door de warmte zal het gesteente uitzetten. De stijve plaat gaat opbollen en uiteindelijk door de druk breken en van de opbolling afglijden. Ter plaatse van de nieuwgevormde breuk zal vulkanisme optreden en nieuwe korst gevormd worden. De nieuw gevormde korst zal de twee delen van de plaat verder uit elkaar duwen waardoor twee nieuwe platen ontstaan die steeds verder van elkaar af bewegen. De bodem ter plaatse van de breuk zal echter door de verdwijnende warmte steeds verder dalen en er ontstaat een nieuwe zee of oceaan met onderzees vulkanisme. De nieuwe breuk waar de twee platen van elkaar af bewegen wordt spreidingsrug of mid oceanische rug genoemd.

Het uit de onderzeese vulkanen vrijkomende lava zal vrij snel stollen door de lage temperatuur van het zeewater en er ontstaat een nieuwe korst uit gesteente met een hoge dichtheid zoals basalt. Deze oceanische korst is dus zwaarder dan de korst ter plaatse van landmassa of wel continentale korst. Zodra deze twee verschillende korstsoorten elkaar ontmoeten zal de oceanische korst vanwege de hogere dichtheid onder de continentale korst duiken. Gebieden waar dit verschijnsel voor komt worden subductiezones genoemd. Als de oceanische korst nog niet ver genoeg is afgekoeld zal deze over de continentale korst schuiven. Dit verschijnsel wordt obductie genoemd, maar komt vrij weinig voor. Een bekend voorbeeld waar obductie plaatsvindt is het zuiden van het Arabisch schiereiland.

Het kan ook voorkomen dat twee continentale platen op elkaar botsen. In het ene geval kunnen de platen langs elkaar verschuiven zoals in Californië het geval is. In het andere geval ontstaan gebergtes omdat de twee platen als een verschuivend deken gaan rimpelen. Dit is onder andere de oorzaak van het ontstaan van het Himalaya gebergte waar de Indiase plaat op de Euraziatische botst en van de Alpen waar de Afrikaanse plaat in de Euraziatische plaat schuift. Italië is namelijk een deel van de Afrikaanse plaat dat op Europa botst.

De motor achter het verschuiven van platen, convectiestromingen

Wat zorgt er nu voor dat deze platen verschuiven? Er zijn 3 belangrijke oorzaken voor het bewegen van platen te noemen waarvan het optreden van convectiestromingen onder de aardkorst de voornaamste is. Convectiestromingen zijn bewegingen in de visceuse massa onder de aardkorst. Ze worden veroorzaakt door de toenemende warmte waaraan gesteente wordt blootgesteld naarmate het dieper in het aardoppervlak terecht komt. Door de toenemende temperatuur zal de dichtheid van de gesteentemassa afnemen. Hierdoor zal de gesteentemassa opstijgen totdat deze verder afkoelt en onder de harde aardkorst terecht komt waarna deze massa horizontaal wordt weggedrukt door warmer gesteente dat opstijgt van diepere delen. Na verloop van tijd zal de visceuze gesteentemassa verder afkoelen waardoor de dichtheid weer toeneemt. Dit heeft tot gevolg dat de gesteentemassa zal zakken naar warmere delen in de asthenosfeer en de cyclus van stijgen en dalen opnieuw begint. De beweging van de bovenliggende delen van de aardkorst wordt onder andere door de horizontale stromingen veroorzaakt.

De convectiestromingen worden in gang gezet door de aanwezigheid van interne warmtebronnen die zich in de aarde bevinden, ook wel endogene warmtebronnen genoemd. Deze warmtebronnen zorgen ervoor dat naarmate men dichter bij de aardkern komt de temperatuur toeneemt. Gemiddeld neemt de temperatuur ongeveer 30 graden per km toe. Doordat gesteente een slechte warmtegeleider is wordt de warmte dieper in de aarde eenvoudiger vastgehouden dan in de aardkorst, waar de warmte snel wordt afgestaan aan de omgeving. De warmtebronnen bestaan uit de aanwezigheid van radioactieve isotopen van uranium, kalium en thorium. Isotopen zijn instabiele atomen met een ongelijke verdeling tussen positieve en negatieve lading. Om de verhouding weer gelijk te trekken worden kleine deeltjes afgestaan waarbij warmte vrijkomt.

Overige oorzaken voor verschuivende platen

Andere oorzaken van het verschuiven van platen in de aardkorst zijn de verschijnselen die in het Engels "ridge push" en "slab pull" worden genoemd. Het komt er in het kort op neer dat de oceanische korst die nieuw ontstaat bij spreidingsruggen, door het vulkanisme waarbij nieuwe korst wordt gevormd, vooruit wordt geduwd en op de plaatsen waar oceanische korst onder de continentale korst schuift naar benden wordt getrokken.

Overigens zorgt ook het verdwijnen van oceanische korst onder continentale korst voor gebergtevorming en vulkanisme. Doordat er met de oceanische korst ook een grote hoeveelheid zeewater in de aardmantel verdwijnt, wordt het smeltpunt van gesteente ter plaatse verlaagd en ontstaat daarnaast ook een grote hoeveelheid gassen. Op circa 100 tot 150 km afstand van de plaats waar de oceanische korst onder continentale korst schuift zal hierdoor vulkanisme en gebergtevorming optreden. Hierdoor is bijvoorbeeld het Andesgebergte ontstaan.