We weten hoe snel aardplaten zich nu verplaatsen, maar hoe zat dat in het verleden? Voor de grote aardplaat die onder het (Noord- en Zuid-)Amerikaanse continent schoof en de resten daarvan varieerde dat.
Een fascinerende vraag van Javier Quinteros (Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ) en Stephan Sobolev (Russian Academy of Sciences) is hoe die variatie nu komt voor de Nazcaplaat, een overblijfsel van de grote aardplaat, die nu onder Zuid-Amerika schuift. Zij onthullen een spannende geschiedenis in het januarinummer van Geology.
Opgegeten
Die grote aardplaat heet de Farallonplaat, en was een grote oceanische aardplaat die waarschijnlijk vanaf ~70 miljoen jaar geleden onder het Amerikaanse continent schoof. Rond 30-20 miljoen jaar geleden had moeder aarde zoveel van deze plaat opgegeten dat er weinig meer over was behalve enkele restanten zoals onder meer de Juan de Fucaplaat bij Noord-Amerika, de Cocosplaat bij Midden-Amerika en de relatief grote Nazcaplaat bij Zuid-Amerika. Met de dag worden deze platen kleiner totdat ze allemaal – ver in de toekomst –verdwenen zullen zijn voor ons oog.
Daar blijft het niet bij, want deze relatief zware oceanische platen zakken met centimeters per jaar de aardmantel in via subductie. De snelheid daarvan is curciaal voor het verhaal van Quinteros en Sobelev. Dit is ook belangrijk voor het gedeelte van de oceanische plaat dat nog niet is weggezakt. Dit gedeelte zit namelijk nog gewoon aan het al gezonken gedeelte vast en beweegt dus met dezelfde snelheid.
Snelheid
Uit reconstructies blijkt dat de snelheid van onderduiken van de Nazcaplaat eerst toenam van ~10 tot ruim 19 cm/jaar toen deze plaat losscheurde van de Farallonplaat tussen 25-20 miljoen jaar geleden. Daarna nam de snelheid weer af tot ~8 cm/jaar. In dezelfde periode groeide ook het centrale deel van het Andesgebergte tot haar huidige hoogte van 3-4 km.
Theorieën
Waarom de snelheid veranderde is niet goed bekend. Wetenschappers stelden in het verleden dat de onderduikende plaat niet als een baksteen naar beneden zou zijn gezonken, maar onder een kleine hoek ten opzichte van het aardoppervlak voortbewoog. Het gezonken gedeelte van de plaat trok daarom het andere gedeelte van de plaat nauwelijks mee. Anderen zeiden dat het steeds toenemende gewicht van de Andes zorgde voor een rem op de snelheid van zinken.
Resultaten
Quinteros en Sobelev keken naar het zinken van de Nazcaplaat zelf om veranderingen in de snelheid van subductie te verklaren. Met behulp van een rekenkundig model vertellen ze dat de versnelling naar ruim 19 cm/jaar steeg omdat het ‘hoofd’ van de zinkende plaat in de overgangszone (~410 – ~660 km diep) van de bovenmantel naar de ondermantel terechtkwam.
Onder meer omdat de massa van de zinkende gedeelte van de plaats steeds zwaarder werd en daarom steeds harder trok aan de het gedeelte van de plaat aan het aardoppervlak. Eenmaal bij de ondermantel aangekomen nam de snelheid af omdat de ondermantel veel moeilijker te passeren is door de zinkende aardplaat. Dat komt omdat de ondermantel visceuzer (of stroperiger) is dan de de overgangszone en de bovenmantel vanwege de hogere druk. Door de afnemende snelheid neemt ook de trekkracht af.
De aan- of aanwezigheid van de Andes en een dikkere aardkorst bleek niet zoveel uit te maken voor de snelheid van onderduiken volgens berekeningen van Quinteros en Sobelev. Daarmee kan dus één van de eerdere theorieën van tafel. Zo lijkt weer een stukje van de puzzel van plaattektoniek opgelost.
Bron:
Quinteros & Sobolev, Why has the Nazca plate slowed since the Neogene?, Geology 41 (januari 2013) 31-34 doi: 10.1130/G33497.1.