_MG_0207geplooide-lagen-uitsn-van-uitsn-bew-Nik-Dfine-1500-x-220--titel.jpg

College van de maand: Van oceaanbodem naar bergtop.

Figuur 1. De volledige Wilson cyclus Bron: Francois et al., 2021.

Wisten jullie dat je bovenop de Mount Everest marine fossielen kan vinden? Dit is een raar verschijnsel omdat het de allerhoogste berg op aarde is. Daar is toch nooit een oceaan geweest? Nou… niet op die hoogte, maar de stenen hebben toch zeker onder water gelegen!

De verklaring hiervoor is de Wilson cyclus. Deze cyclus beschrijft het openen en sluiten van ocean bassins en de tektonische veranderingen die daarmee gepaard gaan. Overal op aarde zijn verschillende stadia van de Wilson cyclus actief en zichtbaar, daardoor is het een van de meest geaccepteerde geologische verschijnselen heden ten dage.

De cyclus begint met het openen van een oceaan. Dit kan actief gebeuren door bijvoorbeeld een mantle plume (zie College van de Maand over mantle plumes) die de continentale korst verzwakt en uit elkaar drijft of door opwellend mantel magma vanwege magma convectie. Beide methoden gaan gepaard met grootschalig vulkanisme op de plaats van rifting (in Zuidoost Afrika zijn de eerste verschijnselen hiervan zichtbaar).

Het openen van een oceaan kan ook op een passieve manier gebeuren, in dat geval kan een continent onder zijn eigen gewicht uit elkaar vallen. Bergen zijn erg zwaar, en als er te lang een flink gebergte op een plek ligt kan de continentale korst niet langer op de mantel blijven drijven en zakt het als een pudding in elkaar met extensie tot gevolg. Hierbij vindt vaak gelimiteerd tot geen vulkanisme plaats (de Europese Rijnslenk en slenken in zuid Tibet).

Tijdens rifitng komen vaak ‘triple junctions’ voor. Dit houdt in dat een continent drie rift armen heeft, maar meestal zetten er maar twee van door. Dit is momenteel ook in Afrika aan de hand.

Figuur 2. Schematische afbeelding van recent gestarte rifting met mantelconvectie als drijfveer. Bron: Flower 2003.

Als rifting eenmaal doorzet, ontstaat er een spreidingszone en wordt er in het centrum van de rifting jonge oceanische korst aangemaakt door het ontstane vulkanisme (dit proces is nu aan de gang in de Rode Zee). De aangemaakte oceanische korst is de drijfveer om continenten uit elkaar te bewegen want de nieuwe korst komt vanuit mantel materiaal en “duwt” als het ware de continenten uit elkaar. Deze oceanische korst is een stuk zwaarder dan de oceanische korst en ligt daardoor dieper dan de continentale korst waardoor er een depressie ontstaat die gevuld wordt met water. Een nieuwe oceaan is nu geboren. Dit uit elkaar drijven, ofwel divergentie, is de tweede fase in de Wilson cyclus.

Naarmate dit proces doorgaat en groeit, hoe zwaarder de oceanische korst wordt. Dit heeft te maken met de aanvoer van sedimenten van het continent dat voor de oceanische plaat ligt maar met name met het afkoelen van de oceanische korst waardoor het een grotere dichtheid krijgt. Een goed voorbeeld van een volwassen rift systeem is momenteel de Atlantische Oceaan die Europa en Amerika steeds verder uit elkaar duwt vanaf de Mid Oceanische Rug (MOR). Momenteel bewegen Europa en Amerika uit elkaar met 2 tot 5 cm per jaar.

Figuur 3. Schematische afbeelding van volwassen spreiding. Bron: Flower, 2003.

Echter, op een gegeven moment wordt de oceanische korst zo zwaar dat hij niet meer bovenop de mantel kan drijven en er weer terug in zakt (subduceren). De oudste oceanische korst die we nog kunnen vinden op aarde is 200 miljoen jaar, maar veel oceanische korst begint al veel eerder met subduceren. Deze subductie luidt de volgende en belangrijke fase van de Wilson cyclus in, namelijk het sluiten van een oceanisch bassin. Doordat de korst het verst van de spreidingsrug en het dichtst bij het continent het oudst is, is dat meestal de plek waar subductie begint. Subductie gaat gepaard met veel aardbevingen op verschillende dieptes en veel explosief vulkanisme door het waterrijke materiaal dat naar grote dieptes gevoerd wordt en daar smelt. Overal op aarde afgezien van het centrum van de spreidingsruggen is de aarde bedekt met korst materiaal en door het subduceren van de oceanische korst ontstaat er een miniplek voor het continent om in de richting van de oceanische korst te bewegen, ofwel een convergente (naar elkaar toe) beweging (momenteel o.a. in de Grote oceaan en Japan). Hoe ouder en hoe zwaarder de oceanische korst, hoe sneller dit proces gaat. Hierdoor wordt het bassin kleiner en na verloop van tijd zal de oceaan sluiten.

Figuur 4. Schematische afbeelding van subductie en oceaansluiting. Bron: Flower, 2003.

Wanneer de oceaan helemaal sluit botsen de continenten aan weerszijden van de sluitende oceaan bassins tegen elkaar aan in een continent-continent collisie. In het begin zal dit zorgen voor een ondiepe zee (de Perzische Golf en Middellandse Zee), maar als de convergente beweging doorzet zal er een nieuw gebergte ontstaan omdat de continentale korst aan beide kanten een lage dichtheid heeft en niet onder de ander wil duiken (de Alpen, Pyreneeën, Himalaya).

Door dit verschijnsel worden sedimenten aan de voet van het continent omhoog gebracht naar de hoogste pieken van de bergen en krijg je dus marine fossielen op de top van de Mount Everest en andere bergen in de wereld.

Figuur 5. Schematische afbeelding van continent-continent collisie. Bron: Flower, 2003.

Bronnen:

  • Burke, K., Dewey, J. F., & Kidd, W. S. F. (1976). Precambrian palaeomagnetic results compatible with contemporary operation of the Wilson cycle. Tectonophysics, 33(3-4), 287-299.
  • Seton, M., Müller, R. D., Zahirovic, S., Williams, S., Wright, N. M., Cannon, J., ... & McGirr, R. (2020). A global data set of present‐day oceanic crustal age and seafloor spreading parameters. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 21(10), e2020GC009214.
  • Wilson, R. W., Houseman, G. A., Buiter, S. J. H., McCaffrey, K. J., & Doré, A. G. (2019). Fifty years of the Wilson Cycle concept in plate tectonics: an overview. Geological Society, London, Special Publications, 470(1), 1-17.
  • The Wilson Cycle and Petroleum Plays