Een van de supercontinenten is anders dan de andere (het is Rodinia)
Velen hebben wel eens gehoord van Pangaea, het supercontinent dat alle continenten op aarde omvatte en zo’n 175 miljoen jaar geleden uit elkaar begon te vallen. Maar vóór Pangaea scheurden de landmassa’s op aarde uiteen en smolten weer samen om herhaaldelijk supercontinenten te vormen. Deze cyclus is al minstens 3,0 miljard jaar aan de gang en regelt de geografie, het klimaat en de koolstofcycli van onze planeet.
Elk supercontinent heeft zijn eigenaardigheden, maar één supercontinent, Rodinia genaamd, dat tussen 1,3 en 0,9 miljard jaar geleden werd gevormd en ongeveer 0,75 miljard jaar geleden uiteenviel, is bijzonder vreemd. Een studie onder leiding van Carnegie’s Chao Liu en Robert Hazen (tevens uitvoerend directeur van het Deep Carbon Observatory), en Andrew Knoll van Harvard University, beschrijft in een nieuw artikel in Nature Communications waarom Rodinia zo ongewoon is.
Bij het zoeken naar bewijs voor supercontinenten in het verleden zijn geologen dol op zirkoonkorrels, een duurzaam mineraal dat ontstaat uit gesmolten gesteenten bij hoge temperaturen.
“Zirkonen zijn zo robuust dat ze de meeste geologische gebeurtenissen overleven,” zegt Liu. Net als bij andere supercontinenten nam het aantal detritische zirkoonkorrels toe tijdens de vorming en nam af tijdens het uiteenvallen van Rodinia. “Maar zirkoon is slechts een van de meer dan 5.000 verschillende soorten mineralen op aarde,” zei Liu. “We dachten, misschien kunnen we kijken naar de distributie van andere mineralen door de tijd heen om te zien of ze verschillen van zirkoon.”
Liu en zijn collega’s verzamelden wereldwijde records van hoge-temperatuur mineralen, die 3 miljard jaar teruggaan. Daarnaast analyseerden zij wereldwijde gegevens van sporenelementconcentraties in magmatische gesteenten, gesteenten die zijn gevormd uit gesmolten magma, over de afgelopen 3 miljard jaar om mechanismen te identificeren die bepalen hoe de verdeling van mineralen, waaronder zirkoon, in de loop der tijd verandert. De mineraalgegevens vertoonden patronen die vergelijkbaar waren met die van zirkoon, met pieken in het totale mineraalbestand die samenhangen met het ontstaan van supercontinenten. Er is echter één uitzondering. Rodinia had minder totale minerale voorkomens in vergelijking met andere supercontinenten.
De onderzoekers merkten op dat Rodinische mineralen die niobium en yttrium bevatten vergelijkbare hoge pieken vertoonden als zirkonen. Deze pieken corresponderen bovendien met hogere globale concentraties van yttrium, niobium en zirkonium in magmatisch gesteente van Rodinia, vergeleken met alle andere supercontinenten.
Om deze bevindingen te verklaren, stellen de onderzoekers voor dat Rodinia tijdens zijn vorming een beperkt boogmagmatisme kan hebben gekend. Dit type vulkanische activiteit komt normaal gesproken voor tijdens de vorming van supercontinenten, en wordt in verband gebracht met subductie, waarbij de rand van een tektonische plaat onder een andere zakt, en de botsingen waardoor vulkanische bogen ontstaan zoals de Aleoeten, en bergketens zoals de Rocky Mountains en de Himalaya. Dergelijke tektonische gebeurtenissen dragen gewoonlijk robuuste geochemische signaturen van zeer weinig zirkonium, yttrium, en niobium. Dergelijke signaturen zijn relatief beperkt tijdens Rodinische assemblage. In plaats daarvan wijzen de geochemie, mineralogie en petrologie van Rodinia allemaal op een wijdverbreid magmatisme dat niet van een boog afkomstig is.
Om de algemene geringe mineraalrijkdom van Rodinia in vergelijking met andere supercontinenten te verklaren, speculeren de onderzoekers dat er uitgebreide erosie van de Rodinische vulkaanbogen en berggordels kan zijn geweest. De versterkte erosie is waarschijnlijk het gevolg van de wijze waarop Rodinia is gevormd, namelijk een proces dat extroverte assemblage wordt genoemd. Nadat een supercontinent uit elkaar is gevallen, kunnen de stukken samenkomen om een nieuw supercontinent te vormen door introverte assemblage, waarbij de tektonische platen terugdrijven en weer samensmelten, of door extroverte assemblage, waarbij de continenten verder uit elkaar drijven en aan de andere kant van de planeet weer samenkomen. Platen hebben de neiging een langere afstand af te leggen tijdens extroverte assemblage, wat tot grotere erosie van hun randen kan hebben geleid. Het extraverte samenkomen van Rodinia kan ook gepaard zijn gegaan met tweezijdige subductie, waarbij materiaal van beide botsende platen in de mantel wegzakt, wat het behoud van mineralen nog verder in gevaar brengt.
De veronderstelde ‘versterkte erosie’ van Rodinia kan van grote invloed zijn geweest op de mondiale koolstofcyclus, aangezien verwering een belangrijke opslagplaats van kooldioxide in de atmosfeer is. Voor de volgende stap zullen de onderzoekers, samen met ertsgeologe Simone Runyon, een postdoctoraal onderzoeker aan het Carnegie Institution for Science, de speculatie over ‘versterkte erosie’ zorgvuldig onderzoeken. “We proberen de vormingstemperatuur, druk en diepte van alle Rodinische mineralen te achterhalen en die te vergelijken met mineralen die gevormd zijn tijdens het ontstaan van andere supercontinenten”, aldus Liu. “Ik denk dat dat heel interessant gaat worden.”
Caption: Een voorgestelde reconstructie van het supercontinent Rodinia, ongeveer 990 miljoen jaar geleden. Credit: Chao Liu/EarthByte
Courtesy of the Deep Carbon Observatory