Je leest:

Noordpool aan de wandel

Noordpool aan de wandel

West-Europa schuift langzaam naar de Noordpool. Daar hoeft voorlopig niemand wakker van te liggen. De verwachting is echter dat noord- en zuidpool op den duur van plaats zullen verwisselen. En wat dat dan voor gevolgen zal hebben?

Maanden van voorbereiding gingen eraan vooraf. Winddichte parka’s moesten worden aangeschaft, ski’s, sneeuwbrillen en een overlevingsuitrusting. “Dit wordt geen wandelingetje in het park,” waarschuwde het reisbureau vooraf. Maar dat was geen bezwaar voor het zestal avonturiers dat een bezoek wilde brengen aan het uiteinde van de wereld.

Met een Twin Otter stegen zij op vanaf Resolute Bay in het noorden van Canada. “Na een paar uur vliegen was het moment daar,” schreef een van de deelnemers in zijn reisverslag. "We tuurden onafgebroken naar de instrumenten, want aan boord bevond zich een satellietnavigatiesysteem. De breedte was inmiddels opgelopen tot 89o50’ en ging nog steeds omhoog. Heel even flitste 90o over het scherm. Daarna begonnen de getallen weer te minderen. De piloot keerde ogenblikkelijk om en cirkelde omlaag. Onder het gejank van de luchtsnelheidsmeter gleden we over het ijs. Met een harde bons kwamen we tot stilstand. “Vervloekte ijsriffen,” mompelde de piloot, “En dit was eigenlijk nog niets, want ze zijn hier soms metershoog.” Maar het was ons gelukt. We stonden bovenop de aardas en onder onze voeten draaide de wereld rond."

Het triomfantelijke team voerde nauwkeurige positiemetingen uit en plantte een vlag op het door hen gevonden punt op de Noordpool. Die vlag stond er zeven maanden later nog, toen hetzelfde reisbureau nieuwe avonturiers vervoerde naar het ijzige gebied. Groot was echter hun verbazing, toen ook na herhaalde metingen een afwijkende poolpositie naar voren kwam. Hun vlag kon niet aan dezelfde vlaggenstok worden bevestigd. In plaats daarvan moest zij tien meter verderop in het ijs worden geplaatst. Was er iets met het instrumentarium aan de hand, of had de vorige groep een fout gemaakt?

De geografische noordpool bereikt per onderzeeboot. Foto: Lamont Doherty Earth Observatory.

Op dit moment had de reisleider gewacht. Want voor een stomverbaasd gehoor legde hij uit dat als de aardas te zien zou zijn, toeschouwers die na verloop van tijd konden zien verschuiven. Weliswaar gaat het om kleine, periodieke schommelingen binnen een gebied met een diameter van ongeveer vijftien meter, maar onder meer heeft dit tot gevolg dat zich dagelijks kleine afwijkingen voordoen in geografische lengten en breedten op het aardoppervlak. Ook vertelde hij dat geofysici de laatste jaren een meer algemene verschuiving op het spoor waren gekomen. Op de lange termijn gezien beweegt de noordelijke poolas in de richting van het zuidwesten, met een snelheid van elf centimeter per jaar.

De verschuiving van de geografische noordpool van 1900 tot 2000. De gebruikte eenheid is in boogseconden (0,1 boogseconde is 3,087 meter). De inzet toont de verschuiving op de lange termijn naar het zuidwesten.

Een beweging van elf centimeter per jaar lijkt op het eerste gezicht weinig spectaculair. Zelfs na een mensenleven is de ligging van een huis daarmee niet meer dan een meter of acht ten opzichte van de pool verschoven. En wie zou zich daar druk over maken als tegelijkertijd de hele straat, de hele stad, ja zelfs het hele land verschuift? Maar hoe loopt deze verschuiving op, als hij zich gedurende lange perioden voordoet? Gaat de verschuiving met dezelfde snelheid door, dan komt het Nederland na 28 miljoen jaar vlakbij de noordpoolcirkel te liggen. Daarna zakt ons land geleidelijk naar zuidelijker breedten, en zal na 116 miljoen jaar de evenaar passeren.

Gaat dat echt zo, dat over het aardoppervlak zwalken van Nederland? De verschuiving van de poolas vormt al lange tijd een van de grootste puzzels in de geofysica. Al in 1765 realiseerde de Zwitserse wiskundige Leonhard Euler zich dat zelfs een enorme bol als de aarde om zijn draaiingsas gaat schommelen als zijn massa niet gelijkmatig om het middelpunt is verdeeld. Dat heeft niets te maken met de zogenaamde ‘precessie’ en ‘nutatie’ van de aardas in de sterrenkunde. Want dat zijn tolbewegingen onder invloed van de aantrekkingskrachten van zon en maan. In plaats daarvan gaat het om een ‘eigentrilling’, zoals die van een in de wind heen en weer bewegende vlaggenstok, of het stampen van een schip op spiegelgladde zee.

Ook de geografische zuidpool verschuift voortdurend. De US Geological Survey zet ieder jaar op 1 januari een marker op de juiste plaats.

In de 19de eeuw werd uitgerekend dat zo’n eigentrilling van de aarde een periode moest hebben van 305 dagen. Als dat zo was, dan zouden sterrenwachten dezelfde periodiciteit moeten terugvinden in de gemeten posities van sterren aan de hemel. Maar toen die veranderingen in 1890 door de Amerikaanse astronoom Chandler daadwerkelijk werden waargenomen, bleken ze veel ingewikkelder in elkaar te zitten dan was voorspeld. Chandler vond twee verschillende schommelingen voor de aardse draaiingsas: één met een periode van 365 dagen en een uitwijking van 3 meter, de andere met een periode van 430 dagen (14 maanden) en een uitwijking van 4,5 meter. Als deze twee perioden in de pas lopen, versterken ze elkaar en ontstaat een gecombineerde uitwijking tot maximaal 15 meter.

Chandler’s wobble (blauw) is een onregelmatige spiraalbeweging binnen een gebied van zo’n 15 bij 15 meter. Na aftrek van Chandler’s wobble en andere kleine variaties resulteert de algemene verschuiving van de gemiddelde noordpool in zuidwestelijke richting.

De 365-daagse periode was gemakkelijk te verklaren. Omdat dit precies één jaar is, moet zij worden veroorzaakt door de verplaatsing van lucht- en watermassa’s aan het aardoppervlak gedurende de seizoenen. Boven die helft van de aardbol waar het zomer is, is de lucht immers warmer en lichter, en stroomt uit naar het winterhalfrond. Het verschil in gewicht tussen beide halfronden bedraagt ongeveer 14 miljard kg. Net zoals een schip waarvan de lading niet goed is verdeeld, helt de aardbol telkens naar de zwaarste zijde. Het verschil in massa is maar zeer gering vergeleken met de enorme massa van de aarde. Maar het is voldoende om de jaarlijkse schommeling in stand te houden.

De 430-daagse periode die Chandler vond, is veel minder goed verklaarbaar. Weliswaar moet dit de voorspelde eigentrilling van de aarde zijn (Eulers oorspronkelijke berekening moet worden gecorrigeerd voor de elasticiteit van de diepe aardlagen en de aanwezigheid van oceanen), maar nog steeds is niet bekend wat die trilling op gang houdt. De eigentrilling van de aarde is te vergelijken met de slingerbeweging van een klok. Net zoals de slinger van een klok tot stilstand komt als de gewichten niet worden opgehaald, moet de eigentrilling van de aarde tot stilstand komen als er niet telkens energie wordt toegevoerd. Energie van aardbevingen? Daar is vaak aan gedacht, maar er werd nooit een bewijs voor gevonden. Sommige onderzoekers beschouwden het afsmelten van sneeuw in gebieden als Siberië of periodieke verschillen in windpatronen en oceanische stromingen als het voor de trilling benodigde zetje. Maar die lijken eerder thuis te moeten worden gebracht bij de jaarlijkse schommeling dan bij het verschijnsel van de eigentrilling. Anderen zoeken daarom naar een dieper gelegen oorzaak. Zij denken aan verplaatsingen van massa’s ín de aarde, in de stroperige aardmantel of in de vloeibare buitenkern.

Daarmee zijn we bij een van de spectaculairste onderzoekingen in de hedendaagse geofysica aangeland. Want het gaat er de laatste jaren steeds meer op lijken dat zulke oprispingen in het aardinwendige een enorme invloed uitoefenen op ons leven op het oppervlak. Neem alleen al de huidige opschuiving van de poolas naar het zuidwesten. Dat kan nooit een echte verschuiving zijn, want de aardas moet – net als een gyroscoop – nagenoeg dezelfde stand blijven innemen in de ruimte.

De recente verschuiving van de geomagnetische polen in Canada en op Antarctica. Illustratie: Nationatlas.gov.

In plaats daarvan gaat het om een schijnbeweging, die wordt veroorzaakt door de verschuiving van de continenten. Op de stromingen in de mantel van de aarde drijven de continenten als schuim op een zee en worden in de stromingsrichting meegevoerd. Als de continentverschuivingen voor de afgelopen miljoenen jaren worden nagerekend, blijkt bijvoorbeeld dat Nederland 500 miljoen jaar geleden van een plaats schoof waar zich nu het zuiden van Australië bevindt, op weg naar het noorden. 300 miljoen jaar geleden passeerde ons land de evenaar en koerst nu nog steeds in de richting van de Noordpool.

De verschuiving van de continenten. Illustratie: US Geological Survey.

Hoe gaat dat, dat ’narekenen van de verschuiving van de continenten? Want als het hele aardoppervlak aan verschuivingen onderhevig is, hoe moet dan een vast punt worden genomen, waartegen de schijnbare beweging van de pool moet worden uitgezet? Tegenwoordig zijn het miljarden lichtjaren van ons verwijderde quasars, die voor geofysici en astronomen als baken dienen omdat zij zich nauwelijks aan de hemel verplaatsen. Met radiotelescopen kunnen hun posities zeer nauwkeurig worden gemeten. Nemen radiotelescopen op verschillende continenten dezelfde quasar waar, dan kunnen uit de onderlinge verschillen ook de verschuivingen van die continenten worden afgeleid. Maar in de tijd van de dinosauriërs waren er natuurlijk geen radiotelescopen. Alle verschuivingen in het verleden moeten dus op een andere manier worden vastgesteld.

Hierbij worden heel andere polen gebruikt: de geomagnetische polen van de aarde. De aarde heeft immers een magneetveld, dat lijkt op dat van een staafmagneet. De noordelijke as van het aardmagneetveld bevindt zich in het noordwesten van Groenland, de zuidelijke as bevindt zich precies daartegenover op Antarctica.

Het aardmagneetveld lijkt op dat van een staafmagneet en heeft de vorm van een dipool: met een noordelijke en een zuidelijke component.

Hoewel de geomagnetische polen tegenwoordig niet samenvallen met de geografische polen, doen zij dat over vele duizenden jaren gerekend wel. Het magneetveld van de aarde wordt namelijk door een inwendige dynamo opgewekt. Een verschil in draaiing om de rotatie-as houdt de dynamo in stand. Draait de aardkern iets sneller of iets langzamer rond dan de erboven liggende laag, dan gaan in die kern elektrische stromen lopen, waardoor een magneetveld wordt opgewekt. Dit magnetisch veld strekt zich ook rondom de aarde uit en beschermt ons op die manier tegen schadelijke zonnestraling en kosmische straling uit de ruimte.

Het aardmagnetisch veld strekt zich rondom onze planeet uit en beschermt ons tegen zonsuitbarstingen. Illustratie: K. Endo/National Geophysical Data Center.

Als gesmolten gesteente zich een weg baant naar het oppervlak en als lava uit een vulkaan stroomt, koelt het al snel af en blijft dan permanent gemagnetiseerd in de richting van het aardmagneetveld. Door dergelijke gesteenten uit een ver verleden te bestuderen, kan het aardmagneetveld in het verleden dus worden vergeleken met het magneetveld nu. Worden de zo gevonden geomagnetische polen over de huidige gelegd, dan ontstaat er als het ware een film met de bewegingen van de continenten.

Zeshonderd tot vijfhonderd miljoen jaar geleden deed zich een flinke poolverschuiving voor. Illustratie: The University of Arziona.

Jean Andrews, van het Lamont-Doherty geologisch observatorium in Columbia (VS), is die bewegingen onlangs nagegaan. Zij vond een geleidelijke poolverschuiving van 10o gedurende de afgelopen 50 miljoen jaar en veel grotere ‘poolsprongen’ in de tijdvakken daarvoor. Ook blijken zich daarbij koersveranderingen te hebben voorgedaan.

Waardoor zouden zulke poolsprongen zijn veroorzaakt? Wat momenteel wordt vermoed is dat tijdens botsingen van continenten enorme stukken van de aardkorst naar beneden worden geduwd. Normaal smelten de gesteenten daarbij geleidelijk in de mantel, maar als het om grote stukken gaat zouden ze tot het grensgebied van mantel en kern kunnen zinken. Op dat moment raakt de massaverdeling in de aarde uit balans. Grote delen van de mantel schuiven daarmee op naar de evenaar. Op het bovenliggende aardoppervlak doet zich dan schijnbaar een poolsprong voor.

De belangrijkste verschijnselen bij plaattectoniek. Waar grote schollen van de aardkorst tegen de continenten bosten, vindt subductie plaats. In het midden van de oceanen vindt zeebodemspreiding plaats, waarbij uit de omhoog komende lava nieuw gesteente wordt gevormd. Illustratie: US Geological Survey. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Als de ligging van de geografische polen zo snel kan veranderen, heeft het uit balans raken van de massaverdeling van de aarde dan geen invloed op de ligging van de geomagnetische polen? Al veel langer is bekend dat het magnetisch veld van de aarde zich van tijd tot tijd om kan keren. Gedurende de laatste 170 miljoen jaar heeft zich dat driehonderd keer voorgedaan; de laatste ompoling vond 700.000 jaar geleden plaats. Een ompoling begint met een afname van de magnetische veldsterkte. Zo’n tienduizend jaar lang is het aardmagneetveld dan nagenoeg afwezig (er blijft slechts een ‘restveld’ over, veroorzaakt door magnetische rotsen), en vervolgens wordt het weer langzaam, maar in tegengestelde richting opgebouwd. Klaarblijkelijk stopt dan de dynamowerking in de aarde omdat kern en mantel heel even met dezelfde snelheid draaien. Ontstaat weer een verschil in draaisnelheid, dan wordt de dynamo weer gestart.

Ook tegenwoordig neemt de sterkte van het aardmagneetveld af. Nog geen duizend jaar geleden was het 47.000 nanotesla sterk, in 1960 registreerden satellieten nog slechts 31.100 nanotesla, in 1980 werd 30.600 nanotesla gemeten en tegenwoordig zitten we al dik onder de 30.000 tesla. Op grond daarvan wordt verondersteld dat de magnetische noord- en zuidpool over tweeduizend jaar van plaats zullen gaan verwisselen.

De afname van de geomagnetische verldsterkte begon in 1590 en vernslet dinds 1840. Illustratie: Science 312 900.

Over de gevolgen die de magnetische ompoling voor het leven op aarde zal hebben zijn niet alle geleerden het eens. Sommigen denken dat de zonneactiviteit het klimaat nog veel sterker zal gaan beïnvloeden dan nu het geval is. Zonder de magnetische afscherming zal immers meer energie in de atmosfeer kunnen binnendringen. De temperatuur in de ionosfeer kan nu al tot 500 à 1000o Celsius oplopen als gevolg van botsingen tussen deeltjes uit de zonnewind en gasdeeltjes in de hoge atmosfeer. Als die botsingen in aantal toenemen en tegelijk op geringere hoogte plaatsvinden, kan dat een aanzienlijke opwarming van de atmosfeer veroorzaken, met mogelijk grote veranderingen in de algemene atmosferische circulatie. Andere onderzoekers wijzen erop dat de recentste ompoling van 700.000 jaar geleden vrijwel exact samenviel met de laatste grote ijstijd. Zij achten een toename in bewolking en een verhoging van de ijsvorming het meest waarschijnlijke eindresultaat.

Over één ding zijn de geleerden het echter eens. Valt het aardmagneetveld uit, dan kanl de stralingsbelasting door kosmische straling uit de ruimte gevaarlijke waarden gaan bereiken. Laboratoriumproeven hebben uitgewezen dat veel levensvormen reageren bij een toename van de kosmische straling. Misvormingen en groeistoornissen werden aangetoond bij bacteriën, vliegen, zeeëgels, muizen, vogels en diverse plantensoorten.

Door het constant aangroeien van de aardkorst bij mid-oceanische ruggen en de omkeringen van het aardmagnetisch veld is de oceaankorst verdeeld in banden van normaal en omgekeerd magnetisme. Illustratie: USGS.

Het is natuurlijk nog te vroeg om ons over de op handen zijnde ompoling zorgen te maken. De afgelopen 4,5 miljoen jaar hebben zich trouwens twintig ompolingen voorgedaan. In die periode heeft de eerste mens zich ontwikkeld, en is als diersoort voort blijven leven.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 07 november 2007

Discussieer mee

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE