De Zuid-Atlantische Oceaan, bij Zuid- Afrika. Rode stippen zijn de nieuwste vulkanen, bij gele en blauwe stippen zijn metingen gedaan. In wit de ouderdom van de vulkanen in miljoenen jaren.

O´Connor e.a., Nature Geosciences

O´Connor e.a., Nature Geosciences

In het meest onstuimige deel van de Atlantische Oceaan, ter hoogte van de beruchte Roaring Forties bevinden zich enkele raadselachtige vulkaanketens. Waarom liggen de vulkanen niet op regelmatige afstand van elkaar langs één lijn, zoals de mantelpluimtheorie (zie kader ‘Hotspotsporen’) voorschrijft? Waarom vormen de vulkanen clusters, vallen er gaten in de reeks, en splitst de rij zich zelfs in tweeën?

Het komt door de variaties in de dikte van de aardkorst, concluderen aardwetenschapper John O’Connor van de Vrije Universiteit Amsterdam en zijn collega’s uit Amsterdam, Duitsland, Zuid-Afrika, Australië en de Verenigde Staten in het oktobernummer van Nature Geoscience. Het omhoogkomende hete mantelmateriaal kiest de weg van de minste weerstand. De dikkere delen van de korst remmen de magmastroom niet alleen af, maar veranderen hem tevens van richting.

Doordat de aardschol over de hotspot heen drijft vormt zich een vulkaanketen.

los688, via Wikimedia Commons, public domain

los688, via Wikimedia Commons, public domain

Hotspotsporen

Op de bodem van de oceaan liggen vulkanen vaak opvallend netjes op een rij. Hotspotsporen, worden deze vulkaanketens meestal genoemd. De algemeen veronderstelde ontstaansgeschiedenis van de vulkanen ligt in het woord besloten. Op grote diepte in de aarde, op de grens tussen de stroperige mantel en de gloeiend hete aardkern, is de temperatuur niet constant. Plekken waar het extra heet is zijn de hotspots. Hier komt het mantelmateriaal versneld omhoog, om uiteindelijk als vulkaan door de aardkorst heen te breken. Omdat de aardkorst uit schollen bestaat die over de mantel drijven, zal elke nieuwe vulkaan een stukje verschoven zijn ten opzichte van de vorige; De stilstaande hotspot trekt een spoor over de bewegende oceaanbodem, zoals een stilstaand paaltje een kras in je rijdende auto kerft.

Afrika

De vulkaanketens in de Zuid-Atlantische Oceaan zijn in de loop van de afgelopen 130 miljoen jaar ontstaan doordat de Afrikaanse Plaat in noordoostelijke richting over een hotspotgebied heen dreef. Deze aardschol varieert behoorlijk in dikte – met name het verschil tussen de dunne Atlantische oceaankorst en het veel dikkere Afrikaanse continent is aanzienlijk. De vulkanen slaagden er dan ook pas in door de korst heen te breken nadat Afrika het hotspotgebied gepasseerd was. En zelfs toen was het nog geen bekeken zaak.

“Het hete mantelmateriaal kon nog altijd niet door de plaat heen, en heeft zich daarom vlak onder de korst opgehoopt”, vertelt Jan Wijbrans van de Vrije Universiteit Amsterdam, die aan het onderzoek meewerkte. “Uiteindelijk is het langs de randen van het stevige gedeelte omhoog gekomen, en daar door de dunnere gebieden heen gebroken.” Pas toen de relatief jonge, dunne oceaan boven het hotspotgebied terecht kwam begonnen zich de “klassieke” hotspotsporen te vormen, die zich netjes aan de theorie houden.

De Polarstern.

Alfred-Wegener-Institut /Thomas Steuer (CC-BY 4.0)

Alfred-Wegener-Institut /Thomas Steuer (CC-BY 4.0)

Polarstern

De geologen deden hun onderzoek aan gesteentemonsters van de oceaanbodem, die ze verzamelden tijdens een expeditie met het onderzoeksschip De Polarstern. In het lab analyseerden ze de samenstelling van de gesteentemonsters om vast te stellen van welke diepte ze kwamen, en bepaalden ze de ouderdom van de verschillende vulkanen.

Vulkanen ouder dan 130 miljoen jaar bleken afwezig, en sommige hotspotsporen die op enige afstand van elkaar lagen bleken tegelijkertijd te zijn ontstaan. Toen de onderzoekers hun bevindingen vergeleken met de bewegingen en dikteverdeling van de Afrikaanse Plaat, bleken al deze verschijnselen uit de variaties in plaatdikte verklaard te kunnen kunnen worden.

Tomografie

“Dit artikel vormt een zeer welkome bijdrage aan het hotspotonderzoek”, zegt Wim Spakman, aardwetenschapper van de Universiteit Utrecht. Dat hotspots bestaan staat voor hem buiten kijf, dat ziet hij op de tomografische beelden (een soort CT-scans) die hij zelf van de diepe aarde maakt. Bovendien kloppen de hotspotsporen op de oceaanbodem over het algemeen mooi met gereconstrueerde plaatbewegingen.

Het is logisch dat vulkanen niet altijd exact boven de hotspot terecht komen, vindt Spakman. “De aardmantel stroomt immers.” Dat ook de aardschollen invloed hebben verbaast hem evenmin. “Maar het is goed dat daar nu eens wat beter naar gekeken is.”

Zie ook:

• Lava op Hawaï komt van grens tussen aardkern en aardmantel (Kennislinkartikel)
• Mariene vulkaan groeit als kool (Kennislinkartikel)
• Rare minivulkanen (Wetenschap²⁴-artikel)