Aarde gekanteld door supercontinent?

Het klinkt te zot voor woorden, een planeet die omvalt. Toch zijn zulke kosmische buitelingen onderwerp van serieus omvalt. Mars verloor ooit zijn evenwicht, Saturnus-maan Enceladus waarschijnlijk ook; wordt een planeet topzwaar, dan laat de middelpuntvliedende kracht de zwaarste delen naar de evenaar draaien. Terwijl de planeet kantelt blijft hij om een as draaien die naar dezelfde sterren wijst, maar wel met met nieuwe gebieden aan de polen. Adam Maloof, buitengewoon hoogleraar geologie aan de Amerikaanse universiteit Princeton, denkt dat onze aarde het kantelkunstje miljoenen jaren geleden uitvoerde. Rodinia, een supercontinent waar de huidige continenten deel van uitmaakten, werd door twee opeenvolgende kantelingen meegesleurd. De overlevende gesteentes uit die hectische tijd dragen er volgens Maloof nog de sporen van.

True polar wander is een verschuiving van de polen van de aarde. Het gaat niet om platentectoniek, waarbij de grote rotsplaten met daarop de continenten ten opzichte van elkaar bewegen. Bij true polar wander kantelt de hele planeet. De nieuwe draaias steekt door andere gebieden dan de oude as, maar wijst na de kanteling in dezelfde richting. Wie op de nieuwe noordpool omhoog kijkt ziet de oude vertrouwde poolster, maar staat in Amsterdam in plaats van in het Arctisch gebied.

Het klinkt als ergere sci-fi dan rampenfilm The Core, maar wetenschappers nemen true polar wander serieus. Op Mars kwam zo, denken ze, de loodzware Tharsis-vulkaan aan de evenaar te liggen. In de animatie hieronder een hypothetische true polar wander van supercontinent Gondwanaland; Adam Maloof denkt dat het oudere supercontinent Rodinia twee van zulke aardkantelingen veroorzaakte.

‘De sedimenten die we hebben opgegevraven in Noorwegen vormen het eerste echte bewijs van een true polar wander 800 miljoen jaar geleden’, zegt Maloof. De kalksteen van het Noorse eiland Spitsbergen bewaarde de richting van het aardmagneetveld tijdens de kanteling van de aarde. Frank Beunk, petroloog aan de Vrije Universiteit Amsterdam: ‘De richting van het toenmalige magneetveld van de aarde is bewaard gebleven in magnetiet, een zwart, paramagnetisch mineraal. Er zit maar ontzettend weinig magnetiet in die kalkstenen, maar moderne magnetometers zijn waanzinnig gevoelig.’ Met supergeleidende SQUID-magnetometers wist Maloof het signaal uit de kalksteen te vissen. Na correctie voor allerlei invloeden als latere magneetvelden of bodemverzakking hield de geoloog een fossiel magneetveld over van 800 miljoen jaar oud.

Maloof’s magnetometer ziet het magneetveld in het gesteente van Spitsbergen in de loop van een paar miljoen jaar draaien. Nou klapt het aardmagneetveld regelmatig om, maar dan wel op de veel kortere tijdschaal van zo’n 200.000 jaar. Waar komt dus dat langzamere signaal vandaan?

In zijn artikel probeert de Canadese onderzoeker een aantal theorieën uit om zijn metingen mee Misschien bewoog de aardplaat waar Spitsbergen deel van uitmaakt los van de andere aardplaten, misschien wiebelde het aardmagneetveld toevallig – en misschien kantelde de complete planeet wel om zijn as. Dat laatste, ongeloofwaardig als het klinkt, lijkt Maloof de beste verklaring.

‘Eén losse aardplaat zou met 54 tot 270 cm per jaar rond moeten racen om zo’n snelle verandering te verklaren’, legt hij een conservatievere interpretatie uit en serveert die meteen af: ‘en dat terwijl we weten dat die aardplaten maximaal 20 cm per jaar halen door wrijving met het onderliggende materiaal.’ Ook andere verklaringen voor het veranderende magneetveld vinden bij Maloof geen genade. Een magnetische noord- en zuidpool die over de evenaar trekken zouden de magneetsporen op Spitsbergen prachtig verklaren, maar de borrelende dynamo van de aardkern kan zo’n vreemd veld niet opwekken.

Een kanteling van de complete aardmantel om de kern gaat door de lagere wrijving veel sneller dan de beweging van één enkele plaat over de mantel. Het aardmagneetveld, opgewekt door ijzerstromen in de vloeibare buitenkern, richt zich bij voorkeur naar de draaias; de continenten draaien over het veld heen en neerslaand magnetiet registreert daardoor een veranderend magneetveld. Maloof’s fossiele magneetvelden wijzen op twee kantelingen: eentje die 805 miljoen jaar terug begon en 5 miljoen jaar duurde, de andere tussen 790 en 780 miljoen jaar geleden. De magneetsporen zijn niet de enige aanwijzingen voor zo’n kantelende aardmantel.

Klimaatverandering

Massale beweging van de continenten gaat niet geruisloos. Zo stijgt en daalt het zeeniveau tientallen meters en verandert het lokale klimaat door verplaatsing van over tientallen graden over de aardbol. Dat leidt tot sterfte onder planten en dieren die zich niet aan kunnen passen aan het nieuwe klimaat. Fossielen leverde dat 800 miljoen jaar geleden niet op, want die ontstaan het makkelijkst bij dieren met een vast skelet. Dat bouwplan kwam pas 545 miljoen jaren geleden op tijdens de Cambrische explosie van soorten. Toch zijn er andere sporen van massale uitsterving te vinden, weet Frank Beunk.

De kalksteen van Spitsbergen bevat koolstof, uit CO₂ en overleden organismen gehaald en gevangen in mineralen. Koolstof is een essentiele bouwsteen van DNA en verkrijgbaar in een aantal varianten ( isotopen). ¹²C is één kerndeeltje lichter dan ¹³C en wordt makkelijker opgenomen in levende organismen; bij een sterftegolf door klimaatverandering verwacht je dan ook dat het ¹²C plotsklaps vrijkomt.

Beunk: ‘de onderzoekers zagen in de kalkstenen van Spitsbergen twee dingen tegelijkertijd veranderen: de verhouding tussen de koolstofisotopen, dus ’iets’ dat met het leven gebeurt, en de ‘paleopoolpositie’, de ligging van de kalkstenen ten opzichte van de magnetische pool. Logisch dus om die twee met elkaar in verband te brengen.’

Als Maloof en zijn mede-onderzoekers gelijk hebben en de complete aardkorst is niet één, maar twee keer een volle 55^o gekanteld, waarom gebeurde dat dan? Ten tijde van de true polar wander maakten de huidige continenten deel uit van het supercontinent Rodinia en Maloof denkt dat die landmassa de kanteling veroorzaakte.

Geofysicus David Evans beschreef in 1998 al hoe zo’n supercontinent de beweging van de vaste mantel kan bundelen en zo de aarde uit balans brengen. Opwellend gesteente botst in Evans’ model tegen de onderkant van het supercontinent en duikt aan de randen weer de diepte in. Zo’n opwelling van zwaar materiaal brengt de planeet uit evenwicht en veroorzaakt true polar wander, maar veroorzaakte misschien ook de scheur tussen Oost- en West-Rodinia waarbij modernere landmassa’s ontstonden.

Maloof’s vakgenoten zijn nog voorzichtig over zijn ideeën; buitengewone claims vragen tenslotte om buitengewoon sterk bewijs en dat heeft de Canadees met zijn boringen op één enkel eiland nog niet in handen. Maloof is zich daar zeker van bewust. ‘We moeten deze metingen natuurlijk bevestigen’, geeft hij toe: ‘deze vondst kunnen we pas écht vertrouwen als we elders op de planeet dezelfde sporen vinden in even oude rotsen’.

Lastig, want rotsen van 800 miljoen jaar oud zijn moeilijk te vinden. Maloof is hoopvol: ‘In het binnenland van Australië vind je gesteente van vergelijkbare leeftijd, dus daar zijn we nu bezig met onderzoek. Het veldwerk van afgelopen zomer was al een geweldig succes.’ Op zijn website vraagt Maloof enthousiaste studenten om mee te helpen met het veldwerk. Wie een omwenteling in de geologie én de aarde wil zien, weet waar hij terecht kan.