We weten dat de grond waarop we lopen van massief gesteente is gemaakt (tenzij we toevallig in een stuk drijfzand terechtkomen…). Maar hoe zit het met de aardlagen die iets dieper onder onze voeten liggen?
Het binnenste van de Aarde bestaat uit verschillende lagen. Het oppervlak van de planeet, waar wij leven, wordt de korst genoemd. Het is eigenlijk een heel dunne laag, op zijn dikste punt slechts 70 kilometer diep. De korst en de daaronder liggende lithosfeer (de korst plus de bovenmantel) bestaat uit verschillende ’tektonische platen’. Deze bewegen langzaam over het oppervlak van de planeet, en de meeste vulkanen en aardbevingen op aarde ontstaan op de grenzen tussen tektonische platen.
Diep in het centrum van de planeet bevindt zich de ‘binnenkern’, waarvan we denken dat hij uit massief ijzer en nikkel bestaat. Deze wordt omgeven door de ‘buitenkern’, die ook van ijzer en nikkel is gemaakt, maar gesmolten is. Convectiestromen in de buitenkern creëren het magnetisch veld van de aarde.
En tussen de buitenkern en de korst bevindt zich de mantel, die met een dikte van ongeveer 2.900 kilometer het grootste deel (ongeveer 84 procent in volume) van de planeet uitmaakt. De convecterende mantel, die de interne warmte van de aarde naar het oppervlak brengt, kruipt als teer op een warme dag. Dit kantelen is de ‘motor’ die onze dynamische aarde aandrijft – het is wat de geologie van onze planeet zo interessant maakt, omdat het de beweging van tektonische platen mogelijk maakt. Zonder deze motor zouden er geen vulkanen en aardbevingen zijn… en zou de aarde geen leven kunnen leiden.
De mysteries van de dynamica van de aardmantel zijn wat de winnaar van de Australian Academy of Science 2018 Anton Hales Medal, Dr Rhodri Davies, zijn tijd besteedt aan onderzoek.
Hij gebruikt geavanceerde computerhulpmiddelen om modellen van de dynamica van de aardmantel te ontwikkelen, die ons helpen het gedrag van de aardmantel te begrijpen en hoe deze het aardoppervlak beïnvloedt. Deze modellen combineren grootschalige geofysische en geochemische datasets met kennis over hoe afzonderlijke mineralen zich gedragen onder bepaalde temperatuur- en drukcondities om licht te werpen op de mantelstructuur, beperkingen te geven aan hoe de mantel stroomt, en aan te tonen hoe deze stroming vulkanisme en andere kenmerken aan het aardoppervlak aanstuurt.
We weten dat de meeste vulkanen op aarde bij tektonische plaatgrenzen liggen, waar platen:
- uit elkaar schuiven, zoals momenteel gebeurt tussen Australië en Antarctica
- naar elkaar toe schuiven waarbij de ene terugschuift in de onderliggende mantel, zoals bij de noordelijke rand van de Australische tektonische plaat onder Papoea-Nieuw-Guinea en Indonesië
- langs elkaar heen schuiven, wat gebeurt bij de beruchte San Andreas-breuk in Californië.
Sommige vulkanen liggen echter binnen tektonische platen, ver weg van deze grensprocessen. Deze worden intra-plaat vulkanen genoemd. Veel van deze vulkanen worden veroorzaakt door mantelpluimen – regio’s van heet gesteente die vanuit de kern-mantelgrens van de aarde omhoog stromen naar het aardoppervlak. Daarbij dragen zij gesmolten rotsmateriaal met zich mee dat een boodschap bevat uit de diepe aardmantel; een boodschap die wij dankzij het werk van Dr. Davies kunnen ontcijferen. Dit heeft bijgedragen tot een betere onderbouwing van theorieën over de processen die vulkanische eilandketens binnen de aardplaat doen ontstaan.
Hij heeft bijvoorbeeld waarnemingen uit verschillende gebieden gecombineerd om aan te tonen dat vulkanische ketens in Australië zijn gevormd toen de Australische tektonische plaat over verschillende mantelpluimen naar het noorden dreef. Dit resulteerde in een reeks vulkanen die het continent van noord naar zuid doorkruisen en die tussen 34 en 9 miljoen jaar geleden werden gevormd. Geloof het of niet, maar het nu tektonisch slapende Australische continent herbergt een van ’s werelds meest uitgebreide vulkanische gebieden binnen de plaat, met uitbarstingen op het vasteland zo recent als ongeveer 5.000 jaar geleden.
De Hawaïaanse archipel zou via een soortgelijk proces zijn ontstaan. Hawaii ligt aan de zuidoostelijke grens van een keten van vulkanen en onderzeese onderzeese bergen die naar het noordwesten toe steeds ouder worden. Deze keten splitst zich in tweeën bij het eiland Oahu en Davies en zijn groep hebben onlangs ontdekt dat deze splitsing het gevolg is van een verschuiving in de richting van de Pacifische Plaat, ruwweg drie miljoen jaar geleden.
Het integreren van al deze factoren om modellen te maken van de manier waarop de aardmantel zich gedraagt, verbetert ons begrip van de manier waarop onze planeet werkt. Dit helpt ons de processen te verklaren die resulteren in de unieke en spectaculaire geologie van de aarde en stelt ons in staat de evolutie van de planeet beter te begrijpen sinds haar vorming meer dan 4,5 miljard jaar geleden.