Je leest:

Waarom de Marianentrog zo diep is

Waarom de Marianentrog zo diep is

Auteur: | 31 maart 2012

Op 26 maart maakte filmregisseur James Cameron de diepste soloduik ooit. In een duikbootje daalde hij af in het zuidelijkste deel van de Marianentrog, waar hij op een diepte van 10.898 meter net boven het diepste punt op aarde bleef hangen om foto´s te maken. Leuk voor hem – maar Kennislink bleef met de vragen zitten. Want hoe komt die trog daar eigenlijk, op de bodem van de Stille Oceaan? En waarom is hij juist in het zuiden zo diep?

De buitenkant van de aarde bestaat uit drijvende aardschollen van tientallen kilometers dik. Ze bestaan uit vast gesteente, en drijven rond op het hete en relatief vloeibare asthenosfeer -gesteente eronder. Waar de platen van elkaar af bewegen groeien de schollen aan, met materiaal dat uit de diepte opwelt, afkoelt en stolt: Hier wordt nieuwe oceaanbodem gevormd. Waar platen naar elkaar toe bewegen vindt een (hele trage) botsing plaats, en duikt de zwaarste schol omlaag, terug de asthenosfeer in. Dit noemen we subductie.

Jong & Oud

Bij de Marianentrog botsen jong en oud – de trog vormt de lijn waarlangs de Pacifische plaat onder de Filipijnse plaat duikt. De Filipijnse plaat is met zijn 50 miljoen jaar geologisch gesproken een jonkie, maar de Pacifische plaat, de grootste aardschol die we hebben, is al aardig op leeftijd.

De westrand van deze schol is ongeveer 150 miljoen jaar geleden ontstaan, en heeft dus ruimschoots de tijd gehad om af te koelen en zwaarder te worden. Hij is het dus die naar beneden duikt, en diep ook: Op tomografische beelden (een soort CT-scans van de aarde) is te zien dat de plaatrand bijna verticaal omlaag gaat.

Z. Gvirtzman en R.J. Stern, Tectonics.

Raar

Er is echter iets merkwaardigs aan de hand. Juist boven het diepste punt van de aarde is het stuk plaat dat omlaag is gedoken (de slab) veel korter dan in de rest van de aardschol. De zuidrand van de 6500 kilometer lange Pacifische plaat is losgescheurd en maakt een bocht. Om de bocht duikt de plaatrand tot een diepte van 150 tot 200 km, terwijl het grote noordelijke deel van de slab dieper dan 1000 km gaat.

Maar hoe komt het dan dat Challenger Deep zich juist boven de ondiepe zuidelijke slab bevindt?

Het diepste punt op aarde heet Challenger Deep, en is genoemd naar de Britse onderzoeksduikboot Challenger II die in 1951 Marianentrog onderzocht.

Kmusse, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Koppeling

Robert Stern van de Universiteit van Texas in Dallas en Zohar Gvirtzman van de Geologische Dienst van Israel publiceerden in 2004 een artikel over dit verschijnsel in het vakblad Tectonics. Zij denken dat de grote diepte van de oceaanbodem te maken heeft met de koppeling tussen de duikende Pacifische plaat en de erboven drijvende Filipijnse plaat. “Zolang aardschollen makkelijk langs elkaar schuiven kan een aardschol de asthenosfeer in duiken zonder dat je daar op de oceaanbodem al te veel van merkt”, vertelt Gvitzman. “Dat zie je bijvoorbeeld in de Tyrreense Zee, waar ook een subductiezone is maar helemaal geen trog te vinden is.” Als de schollen echter enigszins aan elkaar vast blijven zitten zal de bovenliggende plaat mee omlaag gesleurd worden, en ontstaat door de subductie een diepe geul in de bodem van de zee.

Voor een sluitende verklaring waarom juist het zuidelijke stuk van de slab zo´n diepe kuil veroorzaakte moesten echter meer mechanismen worden ingeschakeld – zoals dat van de terugtrekkende trog.

De terugtrekkende trog

Een bekend verschijnsel bij subductiezones is dat de trog zich meestal terugtrekt – in de loop der tijd schuift hij op in de richting van de onderduikende plaat. Het gebeurt als de snelheid waarmee de plaat de diepte in wil duiken hoger is dan de horizontale snelheid van de schol. Vergelijk het met een schuimrubber vlot in het zwembad – maar dan veel groter – waarvan je de rand naar beneden wil trekken. Hoe meer mensen er aan de rand gaat hangen, hoe meer schuimrubber er onder water verdwijnt, en hoe verder de grens tussen water en schuimrubber aan de oppervlakte opschuift in de richting van het vlot. Dit terugtrekken van de trog gaat makkelijker bij een korte en smalle slab dan bij een lange en brede slab, denkt Stern, en veroorzaakt bovendien een steiler subducerende plaatrand en daardoor een diepere oceaanbodem.

Rota, één van de Marianen
CT Snow, via Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Mantelstroming

Ook de stroming van mantelgesteente speelt een belangrijke rol, schreven de onderzoekers. Het hete mantelgesteente uit de asthenosfeer zal makkelijker om een kort stuk slab aan de rand van de plaat heen kunnen stromen dan om een stuk in het midden van de plaat dat zich tot grote diepte uitstrekt.

Wouter Schellart, aardwetenschapper aan de Monash Universiteit in Melbourne en gespecialiseerd in subductieprocessen, toonde het bestaan van dit mechanisme vorig jaar aan met behulp van zijn computermodellen. “Als je in het midden van een grote slab zit kan het mantelmateriaal niet weg, en dat veroorzaakt meer weerstand tegen bewegingen van de slab”, legt hij uit. Het deel van de slab boven Challenger Deep kan dus makkelijker bewegen dan andere delen van de duikende plaatrand.

Simpeler

Maar misschien is de verklaring voor de positie van Challenger Deep wel veel simpeler, voegt Schellart er aan toe. Het oppervlak van een duikende aardschol is bijvoorbeeld zelden helemaal vlak – er kunnen zich onderzeese bergen en oceaanplateaus op bevinden. Deze kunnen tijdens de subductie de trog opvullen en daarmee ondieper maken. Het toeval wil dat je zulke bergen en plateaus op de Pacifische plaat in het zuiden niet aantreft, maar in het midden en het noorden juist wel.

En wat te denken van de opvulling van de trog met sedimenten? “De Marianentrog ligt ver van de continenten af, en heeft eigenlijk alleen de vulkanische eilanden langs de Marianenboog ter beschikking als sedimentbron”, zegt Schellart. En laat nu juist het Challenger Deep het verst verwijderd zijn van deze vulkaaneilandjes…

Blijft het record staan?

Het nauwkeurig meten van grote dieptes is een kunst op zich. Radiogolven omlaag sturen en meten hoe snel ze teruggekaatst zijn kan werken – maar alleen als je weet hoe snel de golven zich voorplanten door het water. Dit hangt onder meer af van het zoutgehalte van het water, dat op deze diepte niet goed bekend is. Ook voor het bepalen van de diepte met behulp van drukmetingen moet het zoutgehalte van het water bekend zijn. De waarden van de gemeten dieptes veranderen om die reden nog wel eens – de meetfout bedraagt 10 tot 100 meter.

Het is dus niet uitgesloten dat Challenger Deep de eerste plaats op de ranglijst ooit kwijt zal raken: Het diepste punt van de Tongatrog staat momenteel op 10882 meter, van de Filipijnentrog op 10497 meter, en van de Kuriltrog op 10542 meter (volgens de Times Atlas van 1995). Bij een nieuwe meting zou de Tongatrog dus best eens als winnaar uit de bus kunnen komen!

Bronnen

  • Gvirtzman en Stern Bathymetry of Mariana trench-arc system and formation of the Challenger Deep as a consequence of weak plate coupling Tectonics 23 (2004) doi:10.1029/2003TC001581
  • Schellart e.a. Influence of lateral slab edge distance on plate velocity, trench velocity and subduction partitioning Journal of Geophysical Research 116, B10408 (2011) doi:10.1029/2011JB008535

Zie ook:

Vreemde positie van diepste punt op aarde verklaard (Kennislinkartikel) Drijvende krachten (Kennislinkartikel) Verschil in zinken van platen (Kennislinkartikel)

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 31 maart 2012
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.