Fysische Geologie, Eerste Universiteit van Saskatchewan Editie

De aardmantel kan convecteren omdat hij kan vervormen door stroming over zeer lange tijdschalen. Dit betekent dat tektonische platen op de aardmantel drijven, zoals een vlot dat in het water drijft, in plaats van op de aardmantel te rusten zoals een vlot dat op de grond zit. Hoe hoog de lithosfeer drijft hangt af van het evenwicht tussen de zwaartekracht die de lithosfeer naar beneden trekt, en de opwaartse kracht van de mantel die zich verzet tegen de neerwaartse beweging van de lithosfeer. Isostasie is de toestand waarin de zwaartekracht die de plaat naar het middelpunt van de aarde trekt, in evenwicht is met de weerstand van de mantel om de plaat te laten zinken.

Om te zien hoe isostasie werkt, bekijk de vlotten in figuur 3.18. Het vlot rechts zit op massief beton. Het vlot blijft op dezelfde hoogte of er nu twee of vier mensen op zitten, omdat het beton te sterk is om te vervormen. Bij de vlotten links, die in een zwembad vol pindakaas drijven, is daarentegen wel sprake van isostasie. Met slechts één persoon aan boord drijft het vlot hoog in de pindakaas, maar met drie personen zinkt het gevaarlijk laag. In dit voorbeeld wordt pindakaas gebruikt in plaats van water, omdat de viscositeit van pindakaas (de stijfheid of weerstand tegen stromen) de relatie tussen de tektonische platen en de aardmantel beter weergeeft. Hoewel pindakaas een vergelijkbare dichtheid heeft als water, betekent de hogere viscositeit dat als een persoon op een vlot wordt geplaatst, het langer zal duren voordat het vlot lager in de pindakaas zakt dan wanneer het vlot in water zou zinken.

De relatie van de aardkorst met de mantel is vergelijkbaar met de relatie van de vlotten met de pindakaas. Het vlot met één persoon erop drijft comfortabel hoog. Zelfs met drie mensen erop is het vlot minder dicht dan de pindakaas, dus het vlot drijft, maar het drijft oncomfortabel laag voor die drie mensen. De korst, met een gemiddelde dichtheid van ongeveer 2,6 g/cm3, is minder dicht dan de mantel (gemiddelde dichtheid van ~3,4 g/cm3 aan het oppervlak, maar meer op diepte), en dus drijft hij op de mantel. Wanneer er gewicht aan de korst wordt toegevoegd door het proces van gebergtevorming, zakt de korst langzaam dieper in de mantel, en wordt het mantelmateriaal dat daar was opzij geduwd (figuur 3.19, links). Als door erosie in de loop van tientallen miljoenen jaren materiaal uit de gebergten wordt verwijderd, waardoor het gewicht afneemt, komt de korst weer terug en stroomt het mantelgesteente weer terug (figuur 3.19, rechts).

Isostase en Glacial Rebound

De korst en mantel reageren op een vergelijkbare manier op glaciatie. Dikke opeenhopingen ijs voegen gewicht toe aan de korst, en de korst zakt, waardoor de mantel uit de weg wordt geduwd. De meer dan 2.500 m dikke ijskap van Groenland heeft de korst onder de zeespiegel geduwd (figuur 3.20a). Als het ijs uiteindelijk smelt, zullen de korst en de mantel langzaam weer opveren (figuur 3.20b), maar een volledige opheffing zal waarschijnlijk meer dan 10.000 jaar duren (3.20c).

Grote delen van Canada zijn nog steeds aan het opveren als gevolg van het verlies van gletsjerijs in de afgelopen 12.000 jaar, net als andere delen van de wereld (figuur 3.21). De hoogste stijgsnelheid vindt plaats in een groot gebied ten westen van Hudson Bay, waar de Laurentide-ijskap met meer dan 3000 m het dikst was. Het ijs verliet dit gebied ongeveer 8000 jaar geleden en de korst veert momenteel met bijna 2 cm per jaar op. Sterke isostatische opleving doet zich ook voor in Noord-Europa, waar de Fenno-Scandinavische ijskap het dikst was, en in het oostelijk deel van Antarctica, waar tijdens het Holoceen ook veel ijs verloren ging.

Glaciale opleving op de ene plaats betekent verzakking in de omringende gebieden (figuur 3.21, gele tot en met rode gebieden). Regio’s rond de voormalige Laurentide en Fenno-Scandian ijskappen die werden opgetild toen mantelgesteente opzij en onder hen werd geduwd, zakken nu in doordat het mantelgesteente terugvloeit.

Hoe kan de aardmantel zowel vast als plastisch zijn?

Je vraagt je misschien af hoe het mogelijk is dat de aardmantel vast en stijf gesteente is, en toch conveceert en vloeit als een zeer viskeuze vloeistof. De verklaring is dat de aardmantel zich gedraagt als een niet-Newtoniaanse vloeistof, wat betekent dat hij verschillend reageert op spanningen, afhankelijk van hoe snel de spanning wordt uitgeoefend.

Een goed voorbeeld van niet-Newtoniaans gedrag is de vervorming van Silly Putty, dat kan stuiteren als het snel wordt samengeperst als het valt, en zal breken als je er hard aan trekt. Maar het vervormt vloeibaar als er langzaam spanning op wordt uitgeoefend. De zwaartekracht die over een periode van uren wordt uitgeoefend kan het als een vloeistof doen vervormen, druipend door een gat in een glazen tafelblad (figuur 3.22). Op dezelfde manier zal de mantel vloeien wanneer deze onder de langzame maar gestage spanning van een groeiende (of smeltende) ijskap wordt geplaatst.