Platentektoniek: de rupsbanden van de planeet.

18-06-2020

Tot eind negentiende eeuw dacht men dat de continenten altijd op dezelfde plaats lagen. Dat idee kwam onder vuur te liggen naarmate natuurvorsers steeds meer aanwijzingen vonden voor een woelig verleden van onze planeet. Deze onderzoekers bleven echter de underdogs binnen de gevestigde orde van de wetenschap, tot honderd jaar later, het ultieme bewijs voor de continentendrift werd geleverd.

Tekst: 2020 Kathelijne Bonne. 

Wat is platentektoniek en hoe kwam men erachter?

Eind negentiende eeuw waren de gebieden in het zuidelijk halfrond ingelijfd als kolonies van Europese grootmachten. Niet alleen kolonisten werden erheen gestuurd, maar ook natuurwetenschappers voor verkenning en veldwerk. Vele geologen meldden zich aan. Het draaide uiteraard vooral om grondstoffen. 

Maar toch hadden deze natuurvorsers een tweede agenda. Ze waren pioniers in hun vakgebied, en werden gedreven door de drang te ontdekken, onder het mom van het in kaart brengen van delfstoffen. Ze kregen de kans de natuur in onontgonnen gebied beter te begrijpen en hun steentje bij te dragen aan allerlei fascinerende ideeën die in die tijd opbloeiden. Ze verzonden plichtsgetrouw hun verslagen naar Europa waar die in vakbladen werden gepubliceerd. 

Eduard Suess, een Oostenrijkse professor in de geologie, bekeek de publicaties en deed een frappante ontdekking. Bepaalde fossiele planten die men in koolafzettingen in India had beschreven, leken verdacht veel op die van Zuid-Afrika. Het ging inderdaad om eenzelfde plantensoort. En dat niet alleen, de gesteenten die deze planten omringden, waren onmiskenbaar door gletsjers afgezet. En Suess kende er wat van, want hij was dé specialist van de Alpen en van gletsjers. 

Suess suggereerde dat deze gebieden ooit met elkaar waren verbonden. En misschien was het er ijskoud. 

Een idee was geboren.

Verzonken land

De fossiele plant in kwestie, de glossopteris, werd gevonden in India en Zuid-Afrika, en later ook in Australië en Zuid-Amerika. Suess doopte zijn grote, verdwenen continent Gondwana, naar het land van de Gonds, een Indische volksstam.

Eduard Suess (1831-1914).
Eduard Suess (1831-1914).

Suess publiceerde een boek, Das Antlitz der Erde (1892) (het aangezicht van de Aarde) waarin hij beschreef dat de oceaan die tussen beide landmassa's lag, een verzonken land was, maar dat de continenten zelf op hun plaats waren blijven liggen. Je kon als het ware van het ene continent naar het andere wandelen. We weten nu dat Suess de bal missloeg, maar zijn hypothese bleef lange tijd algemeen gangbaar.

Uiteindelijk werden zijn theorieën vervangen door nieuwere ideeën, maar de naam Gondwana bleef hangen.

Intussen was de stroom aan nieuwe informatie uit de tropen niet te stoppen. Er kwam steeds meer bewijs dat er een ijskoude periode had geheerst, gelijktijdig op verschillende continenten, gevolgd door een minder koude periode. Bovendien waren de flora en fauna identiek. En men had ook lang daarvoor al opgemerkt dat de randen van de continenten, vooral die van Zuid-Amerika en Afrika, als een puzzel in elkaar pasten. De Fransman Antonio Snider-Pellegrini suggereerde reeds midden negentiende eeuw dat de continenten zich hadden verplaatst.

Men kon er niet meer omheen. Ooit lagen deze continenten naast elkaar.

En toen kwam een Duitse weerkundige met een totaal nieuw concept op de proppen.

Kaarten uit 1858 van Antonio Snider-Pellegrini.
Kaarten uit 1858 van Antonio Snider-Pellegrini.

Continentendrift

Alfred Wegener (1880-1930).
Alfred Wegener (1880-1930).

Alfred Wegener maakte in 1912 zijn theorie van de Continentendrift wereldkundig, die hij uitvoerig besprak in zijn boek Die Entstehung der Kontinente und Ozeane (Het ontstaan van de continenten en oceanen) van 1915. De continenten lagen vroeger naast elkaar in een groot 'Oercontinent', en de oceanen die ertussen lagen, bestonden nog niet. Daarmee ging Wegener in tegen Suess' idee van het verzonken land en ook tegen de wetenschappelijke gevestigde orde.

Volgens Wegener brak dit enorme Oercontinent op een bepaald moment op in verschillende kleinere continenten, die van elkaar wegdreven. Tegelijkertijd vormden zich oceanen tussen deze continenten. En zo kwam de huidige geografie van de wereld tot stand, met de continenten verdeeld over de wereld en grote oceanen ertussen. Hij baseerde zich niet enkel op de fauna en flora en de vorm van de kustlijnen, maar ook op het feit dat gesteentelagen van Zuid-Amerika lijken door te lopen in Afrika.

Zeeorganismen in de bergen

En zo waren er nog meer 'rare' dingen op aarde die niet uitgelegd konden worden. Het was namelijk zeer bizar dat fossielen van zeeorganismen hoog in de Alpen lagen. Wegener stelde verschillende mechanismen voor om dit 'drijven van de continenten' uit te leggen. Onder andere de middelpuntvliedende kracht van de aarde die rond haar as draait, of de variaties in de stand van de aardas (gekend als precessie, of tolbeweging).

Hij opperde ook de mogelijkheid van convectie (warmtestroming) in de aarde, maar daar maakte hij in latere werken niet veel woorden aan vuil.

Vandaag weten we dat hij met dit laatste idee de spijker op de kop sloeg, maar hij heeft het zelf nooit geweten.

Wegeners hoogdravende hypothese van de continentendrift werd op enorme verontwaardiging onthaald.

De drifters vs. de fixisten

Vooral de Amerikanen verzetten zich hevig tegen de hypothese van de continentendrift. De wereld was verdeeld tussen de drifters en de fixisten. Daar kwam nog eens bij dat Wegener geen grote demagoog was en hij kon zijn argumenten niet goed verdedigen, en al zeker niet in het Engels.

Het zou nog vijftig jaar duren vooraleer zijn theorie serieus genomen werd, en de tegenstanders schoorvoetend moesten onderkennen dat hij gelijk had.

Wegener zelf zou dit niet meer meemaken want hij stierf op vijftigjarige leeftijd in 1930 in Groenland. Maar niet iedereen was tegen Wegener. Hij had ook belangrijke supporters. De beroemde geologen Alexander Du Toit en Arthur Holmes versterkten de draagkracht van de hypothese, maar hun argumenten waren ook voor tientallen jaren tegen dovemans oren gericht, tot na de Tweede Wereldoorlog.

Motor van de Aarde

Arthur Holmes (1890-1965).
Arthur Holmes (1890-1965).

Arthur Holmes was een zeer vroege 'drifter'. Hij deed baanbrekend onderzoek naar radioactiviteit en was de eerste die inzag dat de warmte die bij radioactieve processen vrijkomt, wel eens de 'motor' van de aarde kon zijn. 

Een motor die voor warmte zorgt en die de continenten deed 'drijven', aldus Holmes in het laatste, gedurfde hoofdstuk van zijn boek Principles of Physical Geology (1944).

Hij speculeerde dat de hitte in de kern van de aarde, grote convectiecellen in de aardmantel aandreef. En hij zou gelijk krijgen.

Wat is convectie? 

Rupsbanden

Convectie is het bewegen, of stromen, van een materiaal, door warmte. In de Aarde draaien grote warmtestromen om de aardkern heen, een beetje te vergelijken met grote rupsbanden. Zo vormen ze convectiecellen. Ze ontstaan omdat aan de kern heet materiaal (opgewarmd door de radioactiviteit) begint te stijgen. Heet materiaal zet namelijk uit en is daarom lichter. Het stijgen van dit hete materiaal maakt beneden ruimte vrij. Daarom moet er op een andere plaats materiaal zinken. Door dit stijgen en zinken ontstaat een grote bewegende kringloop, een circuit van convectiecellen. 

Daarbovenop 'drijven' de continenten, die meer rigide zijn dan de beweeglijke mantel van de aarde. Dat gaat heel traag, aan een snelheid van een paar centimeter per jaar. Het lijkt weinig maar in een miljoen jaar kan dat wel honderd kilometer zijn. 

Maar hoe kon men dit fenomeen aantonen?

Paradigmaverschuiving

Zolang men niet naar de oceaanbodem kon kijken, of metingen doen van het inwendige van de aarde, bleef alles gebaseerd op speculaties. Daar maakte de oppositie van hardnekkige fixisten handig gebruik van. De gevestigde orde omverwerpen, daar had niemand zin in.

Bovendien was Europa in oorlog.

De zweverige theorieën van geflipte professoren stonden niet hoog op de prioriteitenlijst.

Maar na de oorlog en in de geest van vooruitgang en vernieuwing, konden innovatieve technieken ontwikkeld voor oorlogsdoeleinden, eindelijk gebruikt worden om de natuur te bestuderen. Een paradigmaverschuiving was op til.

Grote magneet

Men richtte zich naar de fysica voor de ultieme bewijsvoering. Die kwam uit het aardmagnetisme. De aarde is eigenlijk een grote magneet. Elke magneet heeft twee polen (noord en zuid) en een magnetisch veld. Het magnetische veld van de Aarde omhult onze planeet en beschermt haar tegen de dodelijke zonnewind. Maar het doet ook nog andere dingen. Wat is er speciaal aan een magnetisch veld? Alle objecten die magnetiseerbaar zijn, zoals mineralen met ijzer en magnesium, zullen zich richten naar dat veld, zoals de wijzers van een kompas.

De fysica van het magnetisme is nogal ingewikkeld, we zullen er daarom niet diep op ingaan. Laten we het houden bij dit: Wanneer mineralen ontstaan (b.v. als lava stolt) draaien ze zich naar de magnetische noord- en zuidpool van de aarde. In de gesteenten liggen de mineralen dus naar het magnetische veld georiënteerd. Daarom kan je uit de gesteenten aflezen waar de noord- en zuidpool liggen. En nu terug naar onze redenering.

Polar wander

Bij grootschalig onderzoek naar mineralen uit oude gesteenten zag men dat deze niet naar de noord- en zuidpool wezen.

Het leek alsof de polen verdwaald waren. Vandaar ook de term polar wander. Was er dan een fout in de redenering? De polen liggen toch in het noorden en het zuiden?

Nee, er was geen fout, de natuur liegt niet. Om de mineralen naar de polen te richten, moest men dan maar het mineraal draaien. En om het mineraal te draaien, moeten we denkbeeldig het volledige continent waar het mineraal inzit, meedraaien. En toen viel het doek. De continenten moesten inderdaad op een andere plaats gelegen hebben in het verleden. Je moet ze verleggen om ze in lijn met de magnetische polen van de aarde te leggen.

Wegener had gelijk

En men kon niet enkel de plaats van de vroegere continenten bepalen, maar ook de 'reisweg' of het pad die dit continent had afgelegd. Dat kon door het bestuderen van vele mineralen van verschillende ouderdommen. Men reconstrueerde de 'paden' van heel wat gesteenten op verschillende continenten. En wat bleek?

Alle paden van de zuidelijke continenten leidden naar Wegeners Oercontinent.

In dit Oercontinent, Gondwana, lagen Afrika, India, Australië, Antarctica en Zuid-Amerika verenigd. De continentendrift was een feit. De theorie werd omgedoopt tot de platentektoniek. 

De studie van de aarde en de continenten raakte in een stroomversnelling. 

Het 'oercontinent' van Wegener, Gondwana, en de verspreiding van fossiele dieren en planten.
Het 'oercontinent' van Wegener, Gondwana, en de verspreiding van fossiele dieren en planten.

De simpele veldgeoloog

De ontdekking van de platentektoniek is geen plotse, toevallige ontdekking zoals Columbus die Amerika ontdekte, of het ontdekken van een komeet. Nee, het concept is gebaseerd op een vaag idee dat meer dan 150 jaar geleden is geopperd, en daarna nog een hele lange weg heeft afgelegd.

's Werelds grote wetenschappelijke doorbraken beginnen meestal in de hogere regionen van de experimentele fysica en in de laboratoria, ideeën die dan doorsijpelen naar de zogenaamd minder exacte wetenschappen zoals de biologie of de geologie.

Maar bij de platentektoniek ging het andersom. Daar deed de simpele veldgeoloog met zijn hamertje en beitel, belangrijke observaties. Hij begon daarover de speculeren, en gaf vorm aan een idee, dat daarna omhoog moest klimmen, de sceptici trotserend, om door de fysische methode bewezen te worden.

Vandaag is de platentektoniek niet meer weg te denken uit de aardwetenschappen en ook op andere planeten en manen vermoedt men dat er tektonische platen zijn.

Lees meer: 

Fortey, R. 1998. Life: An Unauthorized Biography. Harpercollins Pub Ltd. Nederlands: Leven: Een ongeautoriseerde biografie

Pannekoek, A.J. 1992 Algemene geologie. Noordhoff Uitgevers B.V. 533 p.

Titelafbeelding: PIRO4D on Pixabey (public domain). Andere: openbaar domein.