behalve misschien voor sommige afgelegen eilandbewoners, hebben de meeste mensen een natuurlijke neiging om continenten te zien als fundamentele, permanente en zelfs karakteristieke kenmerken van de aarde. Men vergeet gemakkelijk dat de continentale platforms van de werelden slechts bestaan uit verspreide en geïsoleerde massa ‘ s op een planeet die grotendeels bedekt is met water. Maar vanuit de ruimte bekeken, wordt het juiste beeld van de aarde onmiddellijk duidelijk. Het is een blauwe planeet., Vanuit dit perspectief lijkt het heel vreemd dat de aarde er gedurende zijn lange geschiedenis in slaagde om een klein deel van zijn oppervlak altijd boven de zee te houden–waardoor onder andere de menselijke evolutie op het droge kon doorgaan.
Is het voortbestaan van hoogstaande continenten toevallig? Hoe is de aardkorst ontstaan? Is het er de hele tijd geweest, als een oer kers op een planetaire taart, of is het door de eeuwen heen geëvolueerd?, Dergelijke vragen hadden debatten voortgebracht die wetenschappers vele decennia verdeelden, maar het fascinerende verhaal van hoe het aardoppervlak zijn huidige vorm kreeg, is nu in wezen opgelost. Dat inzicht toont, opmerkelijk genoeg, dat de omstandigheden die nodig zijn om de continenten van de aarde te vormen ongeëvenaard zijn in de rest van het zonnestelsel.
aarde en Venus, die ongeveer even groot zijn als de zon, worden vaak beschouwd als tweelingplaneten. Het is dus natuurlijk om je af te vragen hoe de korst van Venus zich verhoudt tot die van onze eigen wereld., Hoewel eeuwen van telescopische waarnemingen vanaf de aarde geen inzicht konden geven, penetreerden de Magellaanse ruimtesondes rond de radar vanaf 1990 de dikke wolken die Venus omhulden en onthulden het oppervlak met verbluffende helderheid. Uit de gedetailleerde beelden van landvormen, kunnen planetenwetenschappers vermoeden welk type rots Venus bedekt.
onze zusterplaneet lijkt bedekt te zijn met gesteente van basaltische samenstelling-net als de donkere, fijnkorrelige rotsen die langs de oceaanbekkens op aarde lopen. Magellans mapping, lukt echter niet om de uitgebreide gebieden analoog aan Aarden continentale korst., Verhoogde gebieden genaamd Aphrodite Terra en Ishtar Terra lijken overblijfselen te zijn van verfrommelde basaltische lava ‘ s. Kleinere, koepelvormige heuvels worden gevonden op Venus, en deze vormen kunnen erop wijzen dat vulkanische rotsen met de samenstelling van graniet bestaan op sommige plaatsen, maar radarreflecties laten zien dat deze pancakachtige kenmerken kunnen worden samengesteld alleen uit meer basalt.,na analyse van de schat aan radargegevens van Magellan, hebben wetenschappers geconcludeerd dat platentektoniek (dat wil zeggen de voortdurende schepping, beweging en vernietiging van delen van het oppervlak van de planeet) niet lijkt te werken op Venus. Er zijn geen duidelijke equivalenten voor de uitgestrekte mid-oceanische richels of voor de grote geulsystemen van de aarde. Het is dus onwaarschijnlijk dat de korst van Venus regelmatig terugvoert naar de mantel van die planeet., Het lijkt ook niet nodig om plaats te maken voor een nieuwe korst: de hoeveelheid lava die momenteel op Venus uitbarst is ongeveer gelijk aan de output van een Hawaiiaanse vulkaan, Kilauea-slechts een dribbel voor de planeet als geheel. Deze bevindingen van Venus en soortgelijke onderzoeken van andere vaste lichamen in het zonnestelsel tonen aan dat planetaire korsten gemakkelijk kunnen worden verdeeld in drie fundamentele typen.
zogenaamde primaire korsten dateren uit het begin van het zonnestelsel., Ze ontstonden nadat grote brokken primordiaal materiaal op een groeiende planeet botsten, waardoor genoeg energie vrijkwam om de oorspronkelijke protoplaneet te laten smelten. Toen het gesmolten gesteente begon af te koelen, stolden kristallen van sommige soorten mineralen relatief vroeg en konden zich scheiden van het lichaam van magma. Dit proces, bijvoorbeeld, creëerde waarschijnlijk de witte hooglanden van de maan na lage dichtheid korrels van de minerale veldspaat dreef naar de top van een vroege maan “oceaan” van gesmolten basalt., De korsten van vele satellieten van de gigantische buitenplaneten, samengesteld uit mengsels van gesteente met water, methaan en ammoniak ijs, kunnen ook zijn ontstaan door katastrofisch smelten tijdens de eerste accretie.
in tegenstelling tot het product van dergelijke plotselinge, grootschalige smeltperiodes, vormen secundaire korsten zich nadat de hitte van het verval van radioactieve elementen zich geleidelijk ophoopt in een planetair lichaam. Deze langzame verhitting zorgt ervoor dat een klein deel van de planeetmantel smelt en meestal resulteert in de uitbarsting van basaltische lava ‘ s., De oppervlakken van Mars en Venus en de oceaanbodem van de aarde zijn bedekt met secundaire korsten die op deze manier zijn ontstaan. De maan maria (de” zeeën “van de oude astronomen) ook gevormd uit basalt lava’ s die diep ontstaan in de manen interieur. Hitte van radioactiviteit-of misschien van de buiging veroorzaakt door getijdekrachten-op sommige ijzige maan ‘ s van het buitenste zonnestelsel kan ook secundaire korsten hebben gegenereerd.
In tegenstelling tot deze relatief veel voorkomende typen kan een zogenaamde tertiaire korst ontstaan als oppervlaktelagen worden teruggevoerd naar de mantel van een geologisch actieve planeet., Zoals een vorm van continue destillatie, kan vulkanisme dan leiden tot de productie van zeer gedifferentieerde magma van een samenstelling die verschilt van basalt-dichter bij die van het lichtgekleurde stollingsgesteente graniet. Omdat de recycling die nodig is om granitische magma ‘ s te genereren alleen kan plaatsvinden op een planeet waar platentektoniek werkt, is een dergelijke samenstelling zeldzaam in het zonnestelsel. De vorming van continentale korst op aarde kan de enige locatie zijn.,
ondanks het kleine aantal voorbeelden binnen elke categorie, lijkt één generalisatie over het ontstaan van planetaire oppervlakken gemakkelijk te maken: er zijn duidelijke verschillen in de snelheid waarmee primaire, secundaire en tertiaire korsten vormen. De maan bijvoorbeeld genereerde zijn witte, veldspaatrijke primaire korst–ongeveer 9% van het maanvolume–in slechts een paar miljoen jaar. Secundaire korsten evolueren veel langzamer., De manen basalt maria (secundaire korst) zijn slechts een paar honderd meter dik en vormen slechts een tiende van 1 procent van het volume van de manen, en toch hebben deze zogenaamde zeeën meer dan een miljard jaar nodig om te vormen. Een ander voorbeeld van secundaire korst, de basalt oceanische bekkens van onze planeet (die ongeveer een tiende van 1 procent van de aardmassa vormen), gevormd over een periode van ongeveer 200 miljoen jaar. Hoe traag deze snelheden ook zijn, het ontstaan van tertiaire korst is nog minder efficiënt. De aarde heeft er miljarden jaren over gedaan om haar tertiaire korst te produceren–de continenten., Deze kenmerken zijn ongeveer de helft van 1 procent van de massa van de planeet.drijvende continenten veel elementen die anders zelden op aarde worden gevonden zijn verrijkt met granietsteen, en dit fenomeen geeft de continentale korst een belang dat niet in verhouding staat tot zijn kleine massa. Maar geologen zijn niet in staat geweest om de totale samenstelling van de korst te schatten-een noodzakelijk uitgangspunt voor elk onderzoek naar zijn oorsprong en evolutie-door directe observatie. Een denkbare methode zou kunnen zijn om bestaande beschrijvingen te compileren van rotsen die aan het oppervlak uitpuilen., Zelfs deze grote hoeveelheid informatie zou wel eens onvoldoende kunnen blijken. Een grootschalig exploratieprogramma dat diep genoeg in de korst kan reiken voor een zinvol Monster zou de grenzen van de moderne boortechnologie overschrijden en zou in ieder geval onbetaalbaar duur zijn.
gelukkig is er een eenvoudiger oplossing. De natuur heeft al een wijdverbreide bemonstering bereikt door erosie en afzetting van sedimenten. Nederige muds, nu omgezet in vast sedimentair gesteente, geven een verrassend goede gemiddelde compositie voor de blootgestelde continentale korst., Deze monsters missen echter die elementen die oplosbaar zijn in water, zoals natrium en calcium. Onder de onoplosbare materialen die van de korst in sedimenten worden overgebracht zonder vervorming in hun relatieve abundantie zijn de 14 zeldzame-aardelementen, bij geochemisten bekend als REEs. Deze elementaire tags zijn uniek nuttig bij het ontcijferen van de samenstelling van de korst omdat hun atomen niet netjes passen in de kristalstructuur van de meest voorkomende mineralen. In plaats daarvan worden ze geconcentreerd in de laatvormende Granietproducten van een koelmagma die het grootste deel van de continentale korst uitmaken.,
omdat de REE-patronen in verschillende sedimenten zo vergelijkbaar zijn, vermoeden geochemisten dat verwering, erosie en sedimentatie verschillende stollingsbronnen efficiënt genoeg moeten mengen om een totaalmonster van de continentale korst te vormen. Alle leden van de REE-Groep stellen een signatuur van de samenstelling van de bovenste korst vast en behouden, in de vormen van de elementaire abundantiepatronen, een verslag van de stollingsgebeurtenissen die de samenstelling van de korst kunnen hebben beïnvloed.,met behulp van deze geochemische tracers hebben geologen bijvoorbeeld vastgesteld dat de samenstelling van het bovenste deel van de continentale korst die van granodioriet benadert, een gewoon stollingsgesteente dat grotendeels bestaat uit lichtgekleurd kwarts en veldspaat, samen met een pepervorming van verschillende donkere mineralen. Diep in de continentale korst, onder ongeveer 10 tot 15 kilometer, komt gesteente met een meer basaltcompositie waarschijnlijk veel voor., De precieze aard van dit materiaal blijft controversieel, en geologen testen momenteel hun ideeën met behulp van metingen van de warmte die in de korst wordt geproduceerd door de belangrijke radioactieve elementen uranium, thorium en 40K, de radioactieve isotoop van kalium. Maar het lijkt redelijk dat tenminste delen van dit ontoegankelijke en raadselachtige gebied kunnen bestaan uit basalt gevangen en ondergeplat onder de lagere dichtheid continenten.
Het is deze fysische eigenschap van graniet gesteente — lage dichtheid — dat verklaart waarom de meeste continenten niet ondergedompeld zijn., De continentale korst stijgt gemiddeld 125 meter boven de zeespiegel, en ongeveer 15 procent van het continentale gebied strekt zich uit over twee kilometer hoog. Deze grote hoogten contrasteren duidelijk met de diepten van de oceaanbodem, die gemiddeld ongeveer vier kilometer onder zeeniveau liggen-een direct gevolg van het feit dat zij bedekt zijn met een dichte oceanische korst die voornamelijk bestaat uit basalt en een dun sediment fineer.
aan de basis van de korst ligt de zogenaamde mohorovicische discontinuïteit (een tongdraaiende naam die geologen steevast verkorten tot “Moho”)., Dit diepe oppervlak markeert een radicale verandering in samenstelling tot een extreem dicht gesteente rijk aan minerale olivijn dat overal ten grondslag ligt aan zowel oceanen als continenten. Geofysische studies met behulp van seismische golven hebben de Moho wereldwijd getraceerd. Dergelijk onderzoek heeft ook aangetoond dat de mantel onder de continenten permanent aan de top kan worden bevestigd. Deze relatief koele subcrustale “kielen” kunnen wel 400 kilometer dik zijn en lijken met de continenten mee te rijden tijdens hun platentektonische omzwervingen., Steun voor deze notie komt van de analyse van minuscule minerale insluitsels gevonden in diamanten, waarvan wordt gedacht dat ze diep in deze subcrustale regio ontstaan. Uit metingen blijkt dat diamanten tot drie miljard jaar oud kunnen zijn en zo de oudheid van de diepe continentale wortels aantonen.
Het is merkwaardig om aan te geven dat er minder dan 50 jaar geleden geen bewijs was dat de rotsen langs de oceaanbekkens fundamenteel verschilden van die op het land. Men dacht dat de oceanen overspoeld waren met vergane of gezonken continenten., Deze perceptie groeide natuurlijk genoeg uit het idee dat de continentale korst een wereldomcirkelend kenmerk was dat was ontstaan als een soort schuim op een aanvankelijk gesmolten planeet. Hoewel het nu zeker lijkt dat de aarde in feite al heel vroeg smolt, lijkt het erop dat een primaire granietkorst, van het type dat decennia geleden werd verondersteld, nooit heeft bestaan.de evolutie van de Geodiversiteit hoe is het mogelijk dat twee van zulke verschillende soorten korst, continentale en oceanische, op aarde zijn ontstaan? Om deze vraag te beantwoorden, moet men rekening houden met de vroegste geschiedenis van het zonnestelsel., In het gebied van de oerzonnevel die door een baan om de aarde werd ingenomen, werd gas grotendeels weggevaagd en stapelden zich slechts rotsachtige puinhopen op die groot genoeg waren om intense vroege zonneactiviteit te overleven. Deze objecten zelf moeten gegroeid zijn door accretie, voordat ze uiteindelijk samen vielen om onze planeet te vormen, een proces dat ongeveer 50 miljoen tot 100 miljoen jaar nodig had.later in dit stadium van de vorming stortte een massief planetesimaal, misschien wel zo groot als Mars, neer op de bijna volledig gevormde aarde., De rotsachtige mantel van het botslichaam werd in een baan geworpen en werd de maan terwijl de metalen kern van het lichaam in de aarde viel. Zoals te verwachten was, bleek deze gebeurtenis catastrofaal: het smolt de nieuw gevormde planeet volledig. Toen de aarde later afkoelde en stolde, vormde zich waarschijnlijk een vroege basaltische korst.
het is waarschijnlijk dat het aardoppervlak in dit stadium leek op het huidige uiterlijk van Venus; echter, geen van deze primaire korst heeft het overleefd., Of het zonk in de mantel op een manier die vergelijkbaar is met die op aarde of opgestapeld in gelokaliseerde massa ‘ s totdat het dik genoeg was om te transformeren in een dichter gesteente en zinken blijft onzeker. In ieder geval zijn er in dit vroege stadium geen aanwijzingen voor een aanzienlijke korst van graniet. Veelbetekenend bewijs van een dergelijke korst zou hebben overleefd in de vorm van verspreide korrels van het mineraal zirkoon, dat zich binnen graniet vormt en zeer resistent is tegen erosie., Hoewel er een paar oude zirkonen zijn gevonden (de oudste voorbeelden zijn van sedimentaire gesteenten in Australië en zijn ongeveer 4,3 miljard jaar oud), zijn deze korrels buitengewoon schaars.
meer informatie over de vroege korst komt van de oudste rotsen die intact zijn gebleven. Dit gesteente is nog geen vier miljard jaar geleden in de korst ontstaan … en is nu in Noordwest-Canada aan de oppervlakte gekomen. Deze rotsformatie wordt de Acasta gneis genoemd., Iets jongere voorbeelden van vroege korst zijn gedocumenteerd op verschillende locaties over de hele wereld, hoewel de best bestudeerde van deze oude formaties in het westen van Groenland is. De overvloed aan sedimentair gesteente getuigt van de aanwezigheid van stromend water en van het bestaan van wat waarschijnlijk ware oceanen waren gedurende dit verre tijdperk., Maar zelfs deze buitengewoon oude rotsen uit Canada en Groenland dateren van zo ‘ n 400 miljoen tot 500 miljoen jaar na de eerste aanwas van de aarde, een gat in de geologische gegevens, ongetwijfeld veroorzaakt door enorme inslagen die de vroegste aardkorst ernstig verstoorden.
uit de gegevens die bewaard zijn gebleven in sedimentaire gesteenten, weten geologen dat de vorming van continentale korst een continu proces is geweest gedurende de lange geschiedenis van Aardes. Maar de creatie van korst heeft niet altijd hetzelfde karakter gehad. Bijvoorbeeld, op de grens tussen het Archeaanse en Proterozoïcum eonen, rond 2.,Vijf miljard jaar geleden, een duidelijke verandering in de rots record optreedt. De samenstelling van de bovenkorst vóór deze breuk bevatte minder ontwikkelde bestanddelen, samengesteld uit een mengsel van basalt en natriumrijke granieten. Deze rotsen vormen de zogenaamde tonaliet-trondjemiet-granodioriet, of TTG, suite. Deze samenstelling verschilt aanzienlijk van de huidige bovenste korst, die wordt gedomineerd door kaliumrijke granieten.
de diepgaande verandering in de samenstelling van de aardkorst 2,5 miljard jaar geleden lijkt verband te houden met veranderingen in het Aardtektonisch regime., Voor die tijd produceerden hogere niveaus van radioactief verval meer warmte op de planeet. Het gevolg was dat de oceanische korst in het vroegere Archean heter, dikker en drijfkrachtiger was en niet kon worden gesubducteerd. In plaats daarvan smolt onder dikkere delen van de korst die op het moderne Ijsland kunnen lijken, een dichtere korst en produceerde het natriumrijke stollingsgesteente van de TTG-suite.
enigszins vergelijkbare rotsen vormen zich nu op enkele plaatsen zoals Zuid-Chili, waar jonge oceanische korst subducteert., Maar deze moderne rotsen, nu gevormd door platentektoniek, zijn subtiel anders dan hun oudere archeologische neven, die gevormd zijn uit zinkende platen onder een dikke korst. De moderne platentektoniek begon pas te werken in de late Archean (tussen 3,0 miljard en 2,5 miljard jaar geleden), toen de oceanische korst koeler werd, zijn drijfvermogen verloor en zo weer in de mantel kon zinken.
de vroege neiging voor magma om zich te vormen met een TTG-samenstelling verklaart waarom korst groeide als een mengsel van basalt en tonaliet tijdens de archeologische Aeon., Grote hoeveelheden–minstens 50 procent en misschien wel 70 procent van de continentale korst — ontstonden op dit moment, met een belangrijke groeiperiode tussen 3,0 miljard en 2,5 miljard jaar geleden. Sindsdien is de relatieve hoogte van oceaanbekkens en continentale platforms relatief stabiel gebleven. Met het begin van het Proterozoïcum 2,5 miljard jaar geleden, had de korst al veel van zijn huidige samenstelling aangenomen, en de moderne plaat-tektonische cycli begonnen.
momenteel vormt de oceanische korst zich door de uitbarsting van basaltische lava langs een globe-omcirkelend netwerk van mid-oceanische ruggen., Meer dan 18 kubieke kilometer gesteente wordt elk jaar door dit proces geproduceerd. De plaat van nieuw gevormde korst rijdt bovenop een buitenste laag van de mantel, die samen de stijve lithosfeer vormen. De oceanische lithosfeer zinkt terug in de mantel bij zogenaamde subductiezones, die opvallende littekens achterlaten op de oceaanbodem in de vorm van diepe loopgraven. Op deze plaatsen draagt de afdalende plaat van lithosfeer natte mariene sedimenten evenals basalt die in de mantel vallen.,
op een diepte van ongeveer 80 kilometer drijft warmte water en andere vluchtige componenten van de gesubducteerde sedimenten naar de bovenliggende mantel. Deze stoffen werken dan als een flux doet bij een gieterij, waardoor smelten in het omringende materiaal bij lagere temperaturen. Het magma fractioneert en produceert andesieten, terwijl het meer basische substraat waarschijnlijk terug zinkt in de mantel in een proces dat delaminatie heet. Het op deze manier geproduceerde andesiet magma bereikt uiteindelijk het oppervlak, waar het spectaculaire, explosieve uitbarstingen veroorzaakt. De uitbarsting van Mount St., Helens is een voorbeeld van zo ‘ n geologische ramp. Grote ketens van vulkanen, zoals de Andes, aangedreven door kokende vluchtige stoffen voegen elk jaar gemiddeld ongeveer twee kubieke kilometer lava en as toe aan de continenten. Dit andesiet levert het bulkmateriaal van de continenten.
maar het meer silica-rijk graniet, dat we aan het oppervlak van de continenten zien, komt uit de korst. De ophoping van warmte diep in de continentale korst zelf kan smelten veroorzaken, en het resulterende magma zal uiteindelijk naar het oppervlak migreren., Hoewel een deel van deze noodzakelijke warmte afkomstig kan zijn van het verval van radioactieve elementen, is een meer waarschijnlijke bron basaltisch magma dat uit dieper in de mantel opstijgt en onder het granietdeksel vast komt te zitten; het gesmolten gesteente fungeert dan als een brander onder een koekenpan.hoewel de meest dramatische verschuiving in het ontstaan van de continentale korst plaatsvond aan het einde van de Archaeïsche eon, 2,5 miljard jaar geleden, lijken de continenten gedurende de gehele geologische tijd episodische veranderingen te hebben ervaren., Bijvoorbeeld, aanzienlijke, latere toevoegingen aan de continentale korst vonden plaats van 2,0 tot 1,7, van 1,3 tot 1,1 en van 0,5 tot 0,3 miljard jaar geleden. Dat de continenten van de aarde zo ‘ n gestippelde evolutie hebben meegemaakt, lijkt in eerste instantie contra-intuïtief. Waarom zou korst zich immers in spurts moeten vormen, als de opwekking van interne warmte-en de bevrijding ervan door korstrecycling-een continu proces is?
een meer gedetailleerd begrip van platentektoniek helpt om deze puzzel op te lossen., Tijdens de Perm periode (ongeveer 250 miljoen jaar geleden), de belangrijkste continenten van de aarde convergeerden om een enorme landmassa genaamd Pangea creëren . Deze configuratie was niet uniek. De vorming van dergelijke” supercontinenten ” lijkt zich met tussenpozen van ongeveer 600 miljoen jaar te herhalen. Belangrijke tektonische cycli die de continenten uit elkaar en samen drijven zijn al gedocumenteerd in het vroege Proterozoïcum, en er zijn zelfs suggesties dat het eerste supercontinent eerder gevormd zou kunnen zijn, tijdens het Archean.
dergelijke grootschalige tektonische cycli dienen om het tempo van de korstgroei te moduleren., Wanneer een supercontinent zichzelf uit elkaar breekt, is de oceanische korst op zijn oudste en dus het meest waarschijnlijk om nieuwe continentale korst te vormen nadat het subducteert. Als de afzonderlijke continenten zich herstellen, botsen vulkanische bogen (gekromde ketens van vulkanen gevormd in de buurt van subductiezones) met continentale platforms. Dergelijke episodes behouden nieuwe korst als de boog rotsen worden toegevoegd aan de randen van de continenten.
gedurende meer dan vier miljard jaar hebben de Peripatetische continenten zich verzameld in fits en start uit vele verschillende terranes., Begraven in het resulterende amalgaam is het laatste testament beschikbaar voor het grootste deel van de aarde geschiedenis. Dat verhaal, samengesteld uit stenen die als zoveel door elkaar geraaste puzzelstukjes zijn, heeft wat tijd gekost om uit te zoeken. Maar het begrip van de oorsprong en evolutie van de aardkorst is nu voldoende om aan te tonen dat van alle planeten de aarde werkelijk uitzonderlijk lijkt. Door een gelukkig toeval van de natuur – het vermogen om platentektonische activiteit te handhaven-is één planeet alleen in staat geweest om de grote stukken stabiele continentale korst te genereren die we zo handig vinden om op te leven.
de auteur
S., ROSS TAYLOR en SCOTT M. MCLENNAN werken sinds 1977 samen om de aardkorst-evolutie te onderzoeken. Taylor heeft ook actief maan-en planetaire studies voortgezet en heeft vele boeken over planetologie gepubliceerd. Hij is een buitenlandse associate van de National Academy of Sciences. Taylor werkt momenteel bij het department of earth and marine sciences aan de Australian National University en het Lunar and Planetary Institute in Houston. McLennan is hoogleraar in de afdeling Geowetenschappen aan de Stony Brook University., Zijn onderzoek past de geochemie van sedimentaire rotsen toe op studies van de evolutie van de aardkorst op aarde en Mars. McLennan is lid van het Mars Exploration Rover science team.