College van de maand: Cyprus- een eiland vol verrassingen

Normaal gesproken zit er een verplicht veldwerk onderdeel in de master opleiding Geology and Geochemistry aan de VU. Gezien de uitzonderlijke omstandigheden dit jaar, was het nog maar de vraag of dit door zou kunnen gaan. Wonder boven wonder is het mijn docenten toch gelukt om iets te regelen; eind augustus zaten we met 20 studenten en twee docenten in het vliegtuig naar Cyprus! Ondanks dat we allemaal van tevoren twee coronatests hebben moeten laten doen, zat de sfeer er goed in. Na maanden thuis zitten, konden we eindelijk als studenten onder elkaar weer overleggen en kregen we fysiek onderwijs van de docenten. En bovendien niet zomaar in de collegebanken, maar op het prachtige eiland Cyprus.

Afb. 1: Geologische kaart van Cyprus: de Troodos ofioliet (donkergroen), gabbros (roze), sheeted dykes (oranje), pillow lava (licht oranje), Mamonia complex bestaand uit afgeschraapte sedimenten (licht groen) en sedimenten (grijs) (Ring & Pantazides, 2019).

Geologisch gezien is Cyprus erg interessant en leerzaam voor ons als studenten. Cyprus is namelijk een van de weinige plekken op de wereld waar een ofioliet aan het oppervlak ligt. Dit is een bijzonder fenomeen wat op niet veel plekken op de wereld voor komt (naast Cyprus o.a. in Oman en Tibet). Wij als geologie studenten hebben geluk dat er relatief dichtbij een ofioliet te bewonderen valt, en die kans mogen we dus zeker niet missen.

Afb. 2: De opeenvolging van een typische ofioliet, met een schematische diepte-doorsnede van de mantel tot het aardoppervlak. Bron: Searle et al. (2014)
Wat is een ofioliet?

Een ofioliet is een stuk van de oceanische korst wat omhoog is gekomen en over de continentale korst is heen geschoven. De samenstelling en de lithologische opeenvolging van een ofioliet is dus niet zeldzaam; dit is namelijk een typische oceanische korst (afb. 2).

Het is echter wel bijzonder dat de dit deel van de oceanische korst over de continentale korst is geschoven. De oceanische korst is per definitie een stuk zwaarder en heeft een hogere dichtheid dan continentale korst. Er moet dus eerst iets met die oceanische korst gebeuren voordat deze op de continentale korst kan komen te liggen. Vaak is dit een samenspel tussen chemische reacties en regionale tektoniek. Verschillende chemische reacties zorgen ervoor dat de dichtheid van de oceanische korst wordt verminderd. Een van deze reacties is ‘serpentinisatie’. Bij serpentinisatie wordt de olivijn in de oceanische korst omgezet in serpentijn, wat een lagere dichtheid heeft dan olivijn. Dit kan gebeuren wanneer de oceanische korst in contact komt met water en gehydrateerd raakt. Dit gebeurt enkel in een zogenaamde ‘supra-subductie zone’. Dit is een zone boven een subductie zone, waar rek kan plaats vinden als gevolg van roll-back van de overliggende plaat. Het roll-back principe houdt in dat de overliggende plaat uitgerekt wordt doordat de subductiezone zich van deze plaat af beweegt.

Het water wat voor de serpentinisatie van de oceanische korst zorgt, is water wat mee de subductie zone in getransporteerd wordt, afkomstig van de mantel. Het kan ook is meteorisch zijn (regenwater) wat door een netwerk aan breuken de korst binnendringt. De serpentinisatie en de hierop volgende lagere dichtheid van de oceanische korst, zorgt ervoor dat de oceanische korst omhoog kan komen en uiteindelijk bovenop de continentale korst kan komen te liggen. Daarnaast wordt het omhoog komen van de ofioliet gedreven door tektonische krachten. In een convergent systeem waar subductie plaats vindt, kan het zo zijn dat de geserpentiniseerde oceanische korst niet subduceert omdat deze te licht is. In plaats daarvan schuift de oceanische korst over de continentale korst heen (afb. 3). De ofioliet in Cyprus is omhoog gekomen doordat er juist rek plaats als gevolg van roll-back, waardoor de ophioiet als een soort van opstijgende diapier omhoog is gekomen (afb. 7d & e).

Afb. 3: Het overschuiven van een ofioliet op de continentale korst. (DiPietro, 2012)
Hoe ziet een ofioliet er in het veld uit?

Na een lange tijd niet meer in het veld te hebben gestaan, moet ik eerlijk toegeven dat ik wat moeite had met het herkennen van de verschillende intrusieve en extrusieve gesteente. Gelukkig begonnen we vrij simpel en werd het naar het einde van het veldwerk steeds een stapje ingewikkelder. Een typische ofioliet bestaat (van onder naar boven) uit de volgende opeenvolging (afb 2): gelaagde gabbro, massieve gabbro, het zogenaamde sheeted dyke complex en pillow lavas.

Tijdens het veldwerk zijn we deze opeenvolging van boven naar beneden tegen gekomen in het veld. Zo zagen we dag één prachtige pillow-basalten (afb.4); stollingsgesteente wat vrij snel is afgekoeld en hierdoor weinig tot geen kristallen bevat. Het gesteente is grijs en bevat veel gaatjes, die zijn ontstaan als gevolg van ontgassing. De gaatjes waren namelijk ooit luchtbelletjes. Dieper in de aardkorst bevinden zich magma dykes. Dit zijn verticale magma stromen die magma vanaf de magmakamer naar het oppervlak vervoeren. Deze dykes zien er erg indrukwekkend uit, en verschillende generaties van dykes kunnen elkaar doorsnijden. Daarnaast is er aan de dykes goed te zien of er tektonische deformatie heeft plaats gevonden. Dykes zijn in principe altijd verticaal afgezet, dus wanneer men in het veld een dyke vindt die 45 graden helt, heeft er dus rotatie plaats gevonden. Afb.6 laat geroteerde dykes zien (zo ongeveer 40 graden naar rechts).

Afb. 4: Links in de foto zijn pillow basalten te zien, in het midden is een serie verticale dykes afgezet. Bron: V. Hoogland.

De mafische gesteenten die hierop volgen, vond ik wat minder makkelijk te herkennen in het veld. De gabbro’s (diepte equivalent van graniet) onderscheiden zich van de dunnieten (dieptegesteente met >90% olivijn), wherlieten (dieptegesteente met olivijn en clinopyroxeen) en andere ultra mafische gesteente (zie afb. 5 voor de classificatie) doordat deze grofkorrelig zijn en nog silica bevatten. Veldspaten zijn hierdoor nog aanwezig en dienen als een goed onderscheidingscriterium.

Afb. 5: classificatie mafische gesteente op basis van het gehalte olivijn, clinopyroxeen en orthopyroxeen. Bron: Wikipedia.org.

Vervolgens vertelde onze docent dat we op een zeker moment de MOHO (de grens van korst naar mantel) zouden kunnen zien in het veld. Natuurlijk werden wij meteen enthousiast, want hoe vaak krijg je nou de kans om de MOHO in het echt te zien? Onze docenten lieten ons zelf op zoek gaan, en wat begon met veel enthousiasme, eindigde na meer dan een half uur al zoekend de berg oplopen bij 40 graden, in irritatie en ongeduld. Aan het einde van de dag zaten we er zó doorheen, dat we zomaar langs de MOHO liepen zonder het door te hebben! Nu waren we allemaal lichtelijk teleurgesteld dat de MOHO geen mooie, strakke grens is, maar eerder een chaos aan gebroken gesteente. Maar goed, het is al met al toch vrij zeldzaam om te kunnen zeggen dat we de MOHO hebben kunnen aanraken. De diepere gesteente, waaronder de peridotieten en dunnieten konden we vrij goed herkennen aan het grote olivijn- en pyroxeengehalte in de stenen.

Natuurlijk ontkwamen we er niet aan om ook nog een flink pak sedimenten wat bovenop de ofioliet is afgezet, te bestuderen. Deze sedimenten bestonden voornamelijk uit diepzee sedimenten, kustsedimenten en riviersedimenten. Helaas bevat ons masterjaar geen studenten die zich bezig houden met sedimentologie, dus de sedimenten kregen iets minder aandacht. Desondanks moet ik toch zeggen dat de structuren in de sedimenten, zoals grootschalige slumps en rivierinsnijdingen, erg indrukwekkend waren!

Afb. 6: naar rechts hellende dykes laten rotatie zien. Bron: V. Hoogland
Geologische reconstructie van het ontstaan van Cyprus

Net zoals de meeste gebergtes en sedimentaire bekkens maakte Cyprus deel uit van Gondwana. Ongeveer 190 miljoen jaar geleden, in het Jura, opende de Atlantische Oceaan zich als gevolg van continentale drift. Dit resulteerde in een hoge zeespiegel en in het gehele Middellands zeegebied werden diepwater sedimenten afgezet (fijnkorrelige mudstone, chert). In het Krijt, ongeveer 120 miljoen jaar geleden, begon de subductie van de Afrikaanse plaat onder de Euraziatische plaat (afb.7a). Sedimenten werden van de Afrikaanse plaat afgeschraapt en hoopten zich op in de subductie zone, zoals te zien is in afb. 7b. Deze sedimenten, die door de convergentie zeer vervormd en gemetamorfoseerd zijn, zijn nu ontsloten in Cyprus als het Mamonia Complex (zie afb. 7d). Gelijktijdig vond er rek plaats in de Euraziatische plaat als gevolg van de eerder genoemde slab roll-back. Hierdoor vormden verschillende spreidingsbekkens boven de subductiezone (supra-subductie zone) waar mariene sedimenten konden worden afgezet. Tijdens het Eoceen vond collisie plaats tussen de Euraziatische plaat en de Afrikaanse plaat, wat zorgde voor het ontstaan van het Kyrenia gebergte in het noorden van Cyprus (zie afb.1). In het Plioceen begon de moeizame subductie van een zogenaamde seamount -een klein eiland- de Eratosthenes seamount. Omdat de subductie erg moeilijk ging en het proces van serpentinisatie voldoende lang bezig was, kwam de Troodos ofioliet als een soort ‘dome’ omhoog waardoor deze vandaag de dag aan het oppervlak te vinden is. Magmatisme, tektonische activiteit en actieve subductie van de seamount vinden tot heden nog plaats rond Cyprus, net zoals in de rest van het Aegeïsche zeegebied.

Afb. 7: Ontstaansgeschiedenis van Cyprus (onder naar boven). A: subductie van de Afrikaanse plaat onder de Euraziatisch plaat. B. Accumulatie van sedimenten afkomstig van de Afrikaanse plaat, vorming van het Mamonia complex. C. Afzetting van marine sedimenten. D. Het omhoog komen van de Troodos Ophiolite. E. Tektonische activiteit, ontstaan van actieve breukzones. Bron:chesterfieldresourcesplc.com.
Het veldwerk

Zoals te verwachten ging het veldwerk niet zoals gepland. Helaas kregen we halverwege te horen dat de Cypriotische overheid Nederland op code oranje had gezet, wat voor ons kon betekenen dat alle vluchten gecanceld zouden worden. Daarom besloot de VU om ons zo snel mogelijk terug te roepen. Hierdoor zijn we uiteindelijk in plaats van 10 dagen maar 7 dagen gebleven, en hebben we het tentamen niet in Cyprus kunnen maken. Gelukkig konden we het tentamen via de digitale verbinding ZOOM doen. Jammer was de snelle terugkeer wel, want Cyprus is een erg mooi land! Daarnaast was het heel fijn om weer even met studiegenoten samen te zijn, iets wat ik nu het collegejaar weer geheel online zal zijn, erg zal mis. Ook vind ik het persoonlijk erg belangrijk om kennis in de praktijk op te doen en niet alleen de theorie leer. Ik hoop dat de aankomende lichtingen van studenten na mij wel weer op normaal veldwerk kunnen gaan. Achteraf besef ik me erg goed hoe veel geluk we hebben gehad dat we toch ondanks alle omstandigheden op veldwerk konden gegaan, en ik zal dit veldwerk dan ook niet zo snel meer vergeten!

Meer lezen?

In het tijdschrift Gea van maart 2000 staat een uitgebreid artikel over peridotiet (link). Het betreffende tijdschrift is ook nog steeds te bestellen, zie www.gea-geologie.nl. Kijk bij: Gea nummers 1978 – 2001

Bronnen
  • DiPietro, J. A. (2012). Landscape evolution in the United States: an introduction to the geography, geology, and natural history: Newnes. 
  • Fernández-Blanco, D., Mannu, U., Bertotti, G., & Willett, S. D. (2020). Forearc high uplift by lower crustal flow during growth of the Cyprus-Anatolian margin. Earth and Planetary Science Letters, 544, 116314
  • Martinez, F., Okino, K., Ohara, Y., Reysenbach, A.-L., & Goffredi, S. K. (2007). Back-Arc Basins. Oceanography, 20(1), 116-127 (link).
  • Ring, U., & Pantazides, H. (2019). The Uplift of the Troodos Massif, Cyprus. Tectonics, 38(8), 3124-3139. 
  • Searle, M. P., Cherry, A. G., Ali, M. Y., & Cooper, D. J. (2014). Tectonics of the Musandam Peninsula and northern Oman Mountains: From ophiolite obduction to continental collision. GeoArabia, 19(2), 135-174.