Oeroude Afrikaanse wortel vervormd door plaatbeweging

Alle continenten bestaan voor een belangrijk deel uit zogeheten kratons: gebieden die vele miljoenen jaren als min of meer starre gedeelten van de aardkorst bewaard zijn gebleven. Deze gebieden hebben 'wortels' die tot diep in de mantel van de aarde reiken. Geologen zijn sterk verdeeld over de vraag of ook deze wortels sinds onheuglijke tijden onveranderd zijn gebleven of dat ze door het mechanisme van de plaattektoniek in geologisch recentere tijden zijn vervormd. De Russische geofysicus L.P. Vinnik heeft nu met twee Zuidafrikaanse collega's aanwijzingen gevonden dat het laatste het geval is.

De onderzoekers bestudeerden het Kaapvaal-kraton in zuidelijk Afrika, dat met zijn ouderdom van ongeveer 2,5 miljard jaar een van de oudste kratons op aarde is. In dit gebied werden twee jaar lang met behulp van mobiele seismometers metingen verricht aan de splitsing van aardbevingsgolven die vrijwel vertikaal door de aardmantel (en kern) zijn gegaan. Dit splitsingseffect hangt samen met de richting waarin de kristallen van het gesteente in de mantel zijn georiënteerd. En deze oriëntatie hangt op zijn beurt weer samen met bewegingen in de mantel.

Uit de seismische metingen leiden de onderzoekers af dat de kristallen in het mantelgesteente overwegend naar het noord-noordoosten zijn gericht. Zou hun richting samenhangen met de oudste vervormingen in dit gebied, dan zouden zij naar het oosten zijn gericht: in de richting van de twee belangrijkste gordels die het kraton begrenzen (de Limpopo- en de NamaquaNatal-gordels). De kristalrichting komt echter overeen met die waarin het kraton zich sinds het einde van het Jura, ongeveer 200 miljoen jaar geleden, heeft verplaatst. Dit betekent dat de oeroude 'wortel' onder dit kraton als gevolg van de plaatbeweging moet zijn vervormd (Nature 375, p. 50).

Een soortgelijke samenhang was drie jaar geleden, door een groep die werd geleid door dezelfde Russische onderzoeker, ook al opgemerkt bij het Noordamerikaanse kraton. Ook daar blijkt de kristalrichting in het mantelgesteente samen te vallen met de bewegingsrichting van de aardschol. Deze bewegingsrichting hangt samen met de opening van het noorden van de Atlantische Oceaan en is sinds het einde van het Krijt, 65 miljoen jaar geleden, niet wezenlijk veranderd. Ook hier zou de wortel onder het continent door de plaatbeweging zijn vervormd.

Op welke diepten zijn de continentwortels vervormd? Olivijn laat zich alleen vervormen bij temperaturen boven de 1000ß8 C. Onder het Kaapvaal-kraton wordt deze temperatuur bereikt op een diepte van ongeveer 150 km. De onderzoekers laten ook zien dat op diepten groter dan 400 km de kristallen in het mantelgesteente zich vrijwel niet meer laten oriënteren. Dit betekent dat de vervorming van de wortel onder het Kaapvaal-kraton plaatsvindt op diepten tussen 150 en 400 km.