De aarde mist een deel van zijn korst en nu hebben wetenschappers een nieuwe aanwijzing over wat de schuld is: veel gletsjers.
Bijna 720 miljoen jaar geleden was de aarde gehuld in mondiaal ijs, een tijdperk dat bekend staat als Snowball Earth. Het slijpen van deze wereldwijde ijskappen kan tussen de 1,8 en 3 mijl (3 en 5 kilometer) korst in de oceanen hebben gebulld, rapporteerden onderzoekers op 31 december. Daar braken platentektoniek het terug in de hete middenlaag van de aarde, de mantel, recycling het in nieuwe rots.
Als de wetenschappers gelijk hebben, legt Snowball Earth een heel vreemd kenmerk van de geologie uit, de Great Unconformity. Over de hele wereld gezien, verwijst deze afwijking naar een laag waar sedimentair gesteente is afgezet bovenop de oudste keldersteen van de korst. Vreemd genoeg ontbreken honderden miljoenen jaren sedimentaire lagen tussen deze stollings- of metamorfe kelder en de oudste bewaarde sedimentaire gesteenten. In de Grand Canyon ontbreekt bijvoorbeeld een verbijsterende 1,2 miljard jaar rots.
Mineraal mysterie
C. Brenhin Keller, een geochronoloog aan de Universiteit van Californië, Berkeley, probeerde de Grote Onconformiteit niet uit te leggen toen hij zijn onderzoek naar zirkonen startte, mineralen die zo taai en winterhard zijn dat ze langer overleven dan alle andere delen van de korst op aarde. De oudste zirkonen zijn 4,4 miljard jaar oud, slechts 165 miljoen jaar jonger dan de planeet zelf.
Omdat zirkonen zo ongeveer alles kunnen overleven, houden ze records van de aardkorst vast, zelfs als ze in de mantel worden gesmolten, opnieuw gemengd en gerecycled om nieuwe rots te vormen. Keller en zijn team verzamelden gegevens over zo'n 34.000 zirkonen, met de nadruk op de waarden van bepaalde isotopen of moleculaire varianten, hafnium-176 en hafnium-177 genaamd.
Hafnium-176 is een isotoop van het zilverachtige metaalelement hafnium dat zich vormt tijdens het radioactief verval van lutetium, een ander zilverachtig element. Lutetium heeft de neiging om binnen de mantel te blijven, in plaats van opgenomen te worden in magma en via vulkaanuitbarstingen in de korst te schieten, vertelde Keller aan WordsSideKick.com. Dientengevolge is de mantel bijzonder rijk aan lutetium en dus ook rijk aan het hafnium-176 dat zich vormt als lutetium vervalt. De korst is in vergelijking rijker aan een ander isotoop van hafnium, hafnium-177. Om die reden kan de verhouding van hafnium-176 tot hafnium-177 in een zirkoon onderzoekers vertellen of die zirkoon is gevormd uit magma dat in de mantel is ontstaan - of uit magma dat is gerecycled door het smelten van oude korst.
Gerecyclede korst
Tot grote verbazing van Keller en zijn collega's onthulden de verhoudingen in de zirkoon dat een grote hoeveelheid oude korst was gerecycled en omgesmolten om nieuwe zirkonen te maken, en dat allemaal tegelijk. Het was 'echt dramatisch', zei Keller.
'Als je dit op wereldschaal wilt doen, moet je veel korst heet krijgen en het in nieuw magma smelten', zei hij.
Om dat snel te doen, zou veel korst snel moeten smelten in de onderste korst, zei Keller, of het zou in de mantel op de zeebodem moeten worden geduwd in een proces dat subductie wordt genoemd. Gelukkig laat reizen door water een specifieke set moleculaire vingerafdrukken achter op de zuurstofmoleculen binnen zirkonen, zodat Keller en zijn team konden controleren of de zirkonen (en de rotsen die ze ooit hadden gehost) een waterige reis hadden gemaakt. Het bleek dat ze dat hadden.
Er ontstond een verhaal: enorme hoeveelheden korst, vrij plotseling overgebracht naar oceaansubductiezones om weer in de mantel te worden geperst. Maar als al die korst in de oceaan was terechtgekomen, had iemand waarschijnlijk de erosie moeten opmerken, zei Keller.
'En inderdaad, we hebben - in de grote afwijking', zei hij.
Schoongeveegd
Keller geeft toe dat dit een buitengewone claim is en buitengewoon bewijs vereist. Hij en zijn collega's hebben een stap gezet om een deel van dat bewijs te leveren door naar een andere onderzoekslijn te kijken, naar inslagkraters. Ongeveer 700 miljoen jaar geleden, zo ontdekten ze, werden de inslagkraters van de aarde bijna schoongeveegd. Slechts twee enorme kraters, het Sudbury-bekken in Canada en de Vredefort-krater in Zuid-Afrika, dateren van vóór Snowball Earth - en die kraters waren verbluffend enorm, oorspronkelijk respectievelijk 93 mijl (150 km) en 185 mijl (300 km) breed. Ze zijn geërodeerd tot een fractie van hun oorspronkelijke grootte.
Keller en zijn team denken dat de gletsjers van Snowball Earth alle andere inslagkraters hebben schoongeveegd en ook een beetje van de top van Sudbury en Vredefort hebben geschraapt. Volgens hun berekeningen werden gemiddeld tussen de 1,8 en 3 verticale mijlen (3 en 5 km) korst gedurende 64 miljoen jaar weggeschraapt door de ijskappen van Snowball Earth. Op sommige plekken, zei Keller, was het verlies groter en op andere plekken ging helemaal geen korst verloren.
Het ijs zou elk jaar slechts gemiddeld 0,002 inch (0,0625 millimeter) vuil en de korst moeten afscheren om deze prestatie te volbrengen, zei Keller. Dat is een makkie, zelfs voor moderne gletsjers, zei hij. Tegenwoordig variëren de erosiesnelheden voor continentale ijskappen van 0,004 tot 0,19 inch (0,1 tot 4,8 mm), met steile berggletsjers die jaarlijks bijna 4 inch (100 mm) rots en vuil verplaatsen.
Wetenschappers hadden gletsjers eerder als een mogelijke oorzaak van de grote afwijking beschouwd, maar het idee was grotendeels verlaten, zei Keller. Een paper uit 1973 over het idee van de geoloog William White van de Universiteit van North Carolina slaagde er niet in om een enkele verwijzing door andere onderzoekers te verzamelen. Andere theorieën zijn het onmogelijke (gigantische getijden die het land hebben schoongeveegd, maar de maan miljarden jaren later zouden moeten hebben gevormd dan het in werkelijkheid was) en de redelijker (de opheffing en daaropvolgende verwering van een enorm supercontinent).
Het is mogelijk dat zowel opheffing als gletsjers een rol speelden bij het opruimen van kilometers korst, zei Keller. In 2013 ontdekten onderzoekers dat rotsen uit het Snowball Earth-tijdperk koolstofdioxide uit de atmosfeer hadden opgevangen en opgeslagen, misschien omdat extreme rotsen de rotsen bijzonder poreus hadden gemaakt. Deze inname van koolstofdioxide had wereldwijde afkoeling kunnen veroorzaken, de keerzijde van de opwarming van de aarde die in moderne tijden optreedt als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen. De koeling had kunnen leiden tot een wereldwijd ijzig klimaat en de resulterende gletsjers hadden de erosie dan nog meer kunnen versnellen.
Keller en zijn team werken aan het verkrijgen van financiering om de diepe kelderrotsen onder de grote afwijking te testen om erachter te komen wanneer ze naar de oppervlakte zijn getild. Het ontrafelen van de timing van de opwaartse en de ijstijd, zei hij, zou kunnen helpen verduidelijken wat Snowball Earth veroorzaakte - en wat uiteindelijk verantwoordelijk is voor de verdwijnende aardkorst.
Noot van de redactie: dit artikel is bijgewerkt om aan te geven dat de maan 'later' en niet 'eerder' had moeten vormen zoals was gezegd, om een gigantische getijtheorie te ondersteunen om de ontbrekende lagen te verklaren.
