DE OUDSTE GESTEENTEN VAN DE AARDE

Grondboor en Hamer, jrg. 43, no. 3, p. 78-83, 8 fig., juni 1989
DE OUDSTE GESTEENTEN V A N DE AARDE
(deel 2)
D r . J . v a n Diggelen *
Wie zich wil verdiepen in het verre verleden van onze Aarde moet op zoek naar sporen in oude
gesteenten. Op enkele plaatsen zijn de resten te vinden van continentale gebieden die ouder zijn dan
2500 miljoen jaar. Dit kunnen overblijfselen zijn uit de tijd die aan het P r o t e r o z o ï c u m voorafging.
Het is de vraag in hoeverre de Aarde toen al leek op de wereld zoals wij die nu kennen. De biologische
processen voltrokken zich toen vermoedelijk nog volkomen anders.
De oudste Aardse gesteenten vormen de wortels van de continenten. Ze zijn te vinden in de Precambrische Schilden.
Hier vindt men soms de zeer oude groensteengordels. 1. Canadese Schild, 2. Guina Schild, 3. Braziliaanse Schild,
4. Baltische Schild, 5. Afrikaanse Schild, 6. Siberische Schild, 7. Voor-Indische Schild, 8. Australische Schild, 9.
Antarctische Schild.
G a a n we verder dan twee en een half m i l j a r d jaar
terug i n de geschiedenis van de A a r d e , dan k o men we i n een tijdvak dat het A r c h e ï c u m wordt
genoemd. H e t aantal betrouwbare gegevens
waarover we uit dat verre verleden beschikken is
veel schaarser. W a t er over is v a n de A r c h e ï s c h e
aardkorst op de continenten w o r d t wel met de
naam A r c h e ï s c h e K r a t o n s aangeduid. In het
A r c h e ï c u m (het tweede deel van het P r e c a m b r i u m , 3900 tot 2500 m i l j o e n jaar geleden) ontstonden de A r c h e ï s c h e groensteengordels.
* Aetveldselaan 12
1381 E A Weesp
Groensteen is een oude veldterm die v o o r het
eerst werd gegeven aan elk compact donker-
78
Als kokend hete lava onder water uitvloeit vormen er zich kussenlava's, zoals hier op 2650 m diepte op de westhelling van de Mid-Atlantische rug.
Anorthosiet is een gesteente dat in de Precambrische Schilden op Aarde voorkomt, maar veel meer op de Maan.
De hier afgebeelde maananorthosiet (monster 65 315) is meegebracht door de Apollo 16.
79
groen, m i n o f meer m e t a m o r f (omgezet) gesteente. D i t gesteente bestond grotendeels, o f soms
zelfs b i j n a geheel, uit donkere mineralen. Deze
naam wordt n u gebruikt v o o r een langgerekte
gesteentelaag, van enkele kilometers dikte, die
uit bazaltlava's en afzettingsgesteenten bestaat.
Groensteengordels v a r i ë r e n i n grootte, v o r m , samenstelling en aard van de gesteenten en i n h u n
o p b o u w . O o k de mate w a a r i n de gesteenten zijn
omgezet varieert. V e e l v a n de lava's erin zijn kussenlava's. Deze kussens ontstonden doordat k o kende lava onder water uitvloeide en afkoelde.
V o o r d a t de l a v a was gestold, werd deze echter
weer doorsneden door een volgende lavastroom
waardoor er een soort geul i n de eerste lava ontstond. O p deze wijze v o r m d e n zich de kussenachtige strukturen. Z u l k e kussenlava's k o m e n tegenw o o r d i g v o o r bij de bazaltische lava die bij de
mid-oceanische ruggen over de oceaanbodem uitstroomt. S o m m i g e geologen menen daardoor dat
de groensteengordels overblijfsels zijn v a n grotere vroegere oppervlakte-eenheden, die door erosie zijn afgevlakt en v e r v o r m d zijn doordat er l a ter magmatische gesteenten i n zijn doorgedrongen. Z e zijn i n grootte en aantal beperkt, maar
v o r m e n waarschijnlijk de overblijfsels v a n de A r c h e ï s c h e oceanen. Zeer oude groensteengordels
k o m e n v o o r i n Z u i d A f r i k a (3400 tot 3000 m i l joen jaar oud). In C a n a d a liggen iets jongere
(2900 tot 2500 miljoen jaar oud). Verscheidene
waardevolle ertsafzettingen zijn nauw verbonden
met de groensteengordels. Deze gordels wijzen
erop dat er, zeker i n het laatste deel van het A r c h e ï c u m , twee tot acht kilometer diepe oceanen
bestonden, w a a r i n een sterke groei optrad van de
oceanische korst.
ANORTHOSIETEN E N GRANULIETEN
A l s we op zoek gaan naar de oudste gesteenten
van de A a r d e , krijgen we te m a k e n met gebieden
met sterk omgezette granitische gneizen uit deze
tijd. E e n gneis is te beschouwen als een door o m zettingsprocessen omgewerkte graniet. In deze
gneisgebieden worden granulieten en anorthosieten gevonden. D i t zijn gesteentesoorten waarvan
men nog niet zeker is hoe ze zijn ontstaan. Z e k o men o o k al v o o r i n het P r o t e r o z o ï c u m . A n o r t h o siet k o m t veel voor op de M a a n .
De hoog-metamorfe gneisgebieden vertonen grote verschillen i n o u d e r d o m en worden beschouwd
als de oudste restanten van de aardkorst. Z e zijn
bijvoorbeeld te vinden op W e s t - G r o e n l a n d , 150
kilometer ten noordoosten van het stadje G o d t haab. Z e ondergingen deformatie en omzettingen
bij een temperatuur v a n 550° Celsius en een druk
van 5000 bar. Deze Ishua-gesteenten liggen i n een
boog van 15 tot 20 kilometer r o n d een koepel v a n
80
Een van de alleroudste Aardse gesteenten (voorzover
bekend) bevindt zich op West-Groenland. Het is sterk
omgezette (metamorfe) Amitsoq-gneis. 1. 2600 - 2900;
2. 3600 - 3800 en 3. meer dan 3800 miljoen jaar oud.
(Naar J.F.Geys: "De geschiedenis van het leven)
gneis (Amitsoq-gneis) aan de grens v a n het l a n d ijs, dat het grootste deel v a n G r o e n l a n d permanent bedekt. Z e lijken op groensteengordels uit
later tijd. N o g iets oudere zijn i n A n t a r c t i c a en
A u s t r a l i ë gevonden.
E r zijn vage aanwijzingen dat de aardkorst betrekkelijk d u n was i n het begin v a n het A r c h e ï c u m , maar daarna al snel steeds d i k k e r werd,
vervolgens op veel plaatsen werd opgeheven,
w a a r n a de erosie begon. A a n v a n k e l i j k was het
geproduceerde afzettingsmateriaal ondergeschikt
aan wat er werd geproduceerd door andere, bijvoorbeeld vulkanische processen en het is de
vraag i n hoeverre er i n die tijd gebergtevorming
plaatsvond. D a a r valt iets over te zeggen uit de
warmteproductie en alles wat daarmee samenhangt.
Kale rotspartijen in een onherbergzaam land, dat is de indruk die de Amitsoq-gneis uit Groenland op ons maakt.
WARMTEPRODUCTIE
W e weten nog steeds niet precies hoe groot de
hoeveelheid warmte is die door het verval v a n
radio-actieve elementen i n de A a r d e wordt geproduceerd. O o k weten we de juiste verdeling
van de warmteproductie over kern, mantel en
korst niet. Ongetwijfeld moet de geproduceerde
hoeveelheid warmte vroeger groter zijn geweest
dan tegenwoordig. D e warmteproductie was
vroeger veel groter omdat er meer radio-actieve
elementen waren dan tegenwoordig (waaronder
misschien wel een aantal met korte levensduur,
die nu al zijn uitgewerkt) en omdat de n u nog
werkzame elementen exponentieel vervallen.
H i e r d o o r produceerden ze lang geleden aanmerkelijk meer warmte.
E e n schatting v a n de warmteproductie v a n de
A a r d e is wel te m a k e n met behulp van een analyse van de hoeveelheid radioactieve elementen i n
de oppervlaktegesteenten, maar men is o o k vaak
uitgegaan v a n de veronderstelling dat die hoe^
veelheid vergelijkbaar z o u zijn met die i n een bepaald soort steenmeteorieten, chrondrieten gen o e m d . E r zijn echter aanwijzingen dat dit niet
geheel juist is. O o k de gemiddelde chemische sa-
De warmteproductie van de Aarde wordt vaak geschat
door deze te vergelijken met chondrieten. Een chondriet is een steenmeteoriet waarvan de samenstelling
geacht wordt vrij goed overeen te komen met die van
de materie waaruit ons zonnestelsel ontstond. Deze
chondriet viel op 8 november 1982 in Whetersfield en
woog bijna drie kilo.
81
Een groot deel van de door radio-actieve processen in de Aarde geproduceerde warmte wordt gebruikt voor de vorming van de gebergten. Convectieve stromingen in de Aarde leiden tot subductie, waardoor de oceanische korst
onder een continentale plaat wordt geschoven. Hierbij treden smeltprocessen, vulkanisme en gebergtevorming op.
Ook waar platen uiteendrijven, zoals langs de Mid-Atlantische Rug, komt hete magma omhoog en vormt nieuwe
korst (expansie). A l deze processen gebruiken een groot deel van de in de Aarde geproduceerde warmte.
menstelling v a n de A a r d s e gesteenten wijst erop
dat de A a r d e niet overeenkomt met de chondrieten. D e verhouding k a l i u m / u r a n i u m b i j v o o r beeld, is bij chondrieten 80.000 en bij A a r d s e
gesteenten gemiddeld 10.000. E e n chondritische
A a r d e had 4600 miljoen jaar geleden een 8 x sterkere w a r m t e s t r o o m dan de huidige, maar volgens
nieuwere onderzoekingen is een 4,5 x sterkere
warmtestroom een betere schatting. D i e jongste
schatting v a n de warmtestroom d o o r de oceaanb o d e m en v a n de gemiddelde warmtestroom
door de aardkorst (ca. 80 m W per m ) wijst op
een veel grotere warmteproductie i n het verleden.
D i t laatste als er tenminste evenwicht heerst tussen de geproduceerde warmte en het warmteverlies.
W A T D E WARMTEGELEIDING ONS LEERT
De warmtegeleiding v i a de continentale korst is
i n het A r c h e ï c u m niet groter geweest dan tegenw o o r d i g . A n d e r s z o u de temperatuur onderin die
2
W A A R BLIJFT DE WARMTE?
In de tegenwoordige A a r d e ontsnapt een derde
deel v a n de geproduceerde warmte v i a geleiding
door de continentale korst en de rest wordt geb r u i k t bij de v o r m i n g v a n nieuwe korst aan de
groeigrens v a n de platen. D e aardkorst wordt i m mers verdeeld i n een aantal platen die langzaam
ten opzichte v a n elkaar bewegen. O p de grens
van sommige v a n die platen, zoals bijvoorbeeld
langs de M i d - A t l a n t i s c h e R u g , waar de Europese
en de A m e r i k a a n s e platen langzaam uit elkaar
drijven, k o m t d o o r vulkanische processen voortdurend materiaal vanuit de diepte o m h o o g . Z o
ontstaat er nieuwe korst, maar v o o r de productie
ervan is wel veel warmte n o d i g . A l deze warmte
k o m t i n convectiecellen i n de mantel o m h o o g .
82
In het verre verleden werd er in de Aarde meer radioactieve warmte geproduceerd dan nu. De berekende afname hangt af van de gemiddelde concentratie van de
radio-actieve elementen. Wordt aangenomen dat die
overeenkomt met die van de nu bekende oppervlaktegesteenten, dan vindt men de gebroken lijn. Veronderstelt men dat de Aarde dezelfde samenstelling had bij
haar ontstaan als de chondrieten, dan ontstaat de doorgetrokken, steilere lijn. De ouderdom van de Aarde is
in miljoenen jaren op de horizontale lijn uitgezet.
korst boven 800° Celsius gekomen z i j n , waardoor er uitgebreide p a r t i ë l e smelting z o u hebben
plaatsgevonden en dit z o u hebben geleid tot
gesmolten granieten. Tegenwoordig is de temperatuur onder de continentale schilden m a x i m a a l
500° Celsius. In de n u ontsloten A r c h e ï s c h e granulieten is niets te zien van een dergelijk opsmelten. H e t blijkt dat die ontstaan zijn op 30 k i l o m e ter diepte bij omstreeks 10 k i l o b a r d r u k .
Convectie is veel efficiënter v o o r warmtetransport dan geleiding. M e n k a n een groter
warmteverlies i n het A r c h e ï c u m verklaren door
aan te nemen dat er langere en meer m i d oceanische ruggen waren dan tegenwoordig, o f
geovcirici
VERVORMING HARDE WORTELS
CONTINENTEN.
dat er een grotere productie v a n nieuwe oceaankorst aan de r a n d van de platen plaatsvond. N u
is dat drie k m per jaar en dat was toen 18 k m
per jaar z o ' n 2800 m i l j o e n jaar geleden.
Deze grotere productie moet elders op A a r d e wel
hebben geleid tot een toename v a n de platen die
onder andere platen schoven (plaatsubductie) en
ook tot meer gedeeltelijke smelting v a n de neerduikende massa's. D a t k l o p t met de ons bekende
A r c h e ï s c h e gesteenten, die omgezet zijn i n gneizen en granulieten. E e n groot deel v a n de tegenwoordige continenten ontstond waarschijnlijk
aan het einde v a n het A r c h e ï c u m . E r was o o k een
belangrijke periode van gebergtevorming ongeveer 2700 tot 2500 miljoen jaar geleden.
2
2
gen de enorme spanningen die optreden bij het
doorploegen v a n de plastische asthenosfeer.
VAN
Continenten
bezitten
wortels v a n lichtere
gesteenten die vrij diep i n de plastische buitenlagen v a n de zwaardere mantel steken. U i t onderzoekingen is gebleken dat de wortels onder het
Canadese Schild meer dan 2,5 m i l j a r d jaren o u d
z i j n . Schilden zijn i n de geologie bekend als de
oude centrale stabiele delen v a n de continenten.
Schilden k o m e n i n alle continenten v o o r . In E u r o p a is het z g n . Baltische S c h i l d i n Z w e d e n , F i n land en het aangrenzende R u s l a n d bekend. In de
Russische O e k r a ï n e bevindt z i c h o o k z o ' n o e r o u d
aardkorstgedeelte. N u m a k e n continenten deel
uit van aardschollen (platen), die op de buitenste
plastische aardmantel (asthenosfeer) drijven. D e
plasticiteit van deze asthenosfeer staat toe dat de
bovenliggende aardkorstplaten zich i n h o r i z o n t a le richting verplaatsen. D o o r d a t de gehele aardkorst i n dergelijke platen is opgedeeld, is de afzonderlijke bewegingsvrijheid niet erg groot. H e t
beste k a n men die vergelijken met de onderlinge
bewegingen v a n nauw aaneensluitende ijsschollen. B i j het botsen worden ze v e r v o r m d , opgesplitst o f samengevoegd. D e oorzaak van deze
beweging is vermoedelijk convectiewarmte i n de
aardmantel, die zeer traag verlopende stromingen tot gevolg heeft.
De gesteenten v a n de continentwortels steken vrij
diep i n de aardmantel. Gezien het wegdrijven v a n
de continenten, samen met de plaat waartoe ze
behoren, moeten deze gesteenten bijzonder sterk
zijn. In elk geval moeten ze zijn opgewassen te-
Seismische waarnemigen, afkomstig v a n aardbevingen, m a k e n het mogelijk enig inzicht te k r i j gen i n de structuur v a n de gesteenten diep i n de
A a r d e . Twee A m e r i k a a n s e onderzoekers, P . G .
Silver en W . W . C h a n , hebben een groot aantal
van deze aardbevingstrillingen op verschillende
meetstations i n A m e r i k a en E u r o p a opgevangen
en geanalyseerd. U i t de resultaten blijkt dat het
gesteente onder tenminste een deel van het
N o o r d a m e r i k a a n s e continent tot op tweehonderd
kilometer diepte bijzonder stevig is en minstens
2,5 m i l j a r d jaren o u d moet z i j n . Deze o u d e r d o m
is een aanwijzing dat het gesteente uit deze wortels erg resistent moet zijn tegen mechanische
vervormingen. O o k tijdens het opbreken van het
supercontinent Pangea, z o ' n 180 miljoen jaren
geleden en het daarna wegdrijven v a n het N o o r d amerikaanse continent, is het als een wortel aan
dit continent blijven vastzitten. W e l l i c h t is deze
regiditeit ontstaan nadat heel lang geleden het
gesteente, o f omvangrijke gedeelten ervan, al
eerder werden g e v o r m d . D e onderzoekers denken
dat deze v e r v o r m i n g i n oostelijke richting plaatsv o n d . H e t is namelijk i n de richting w a a r i n de
olivijnkristallen g e o r i ë n t e e r d z i j n . D e onderzoekers menen dat dit v e r v o r m i n g en o r i ë n teringsproces te vergelijken is met het k o u d w a l sen v a n staal. B i j deze techniek v a n vervormingsharding worden alle staalstructuren i n de
walsrichting gestrekt. E r onstaat een soort
vezelstruktuur, w a a r d o o r het staal i n die richting
harder, brosser en minder taai wordt dan i n andere richtingen. D i t n u z o u o o k gebeurd kunnen
zijn bij het ontstaan van de wortel onder het
N o o r d a m e r i k a a n s e continent. W e l l i c h t dat zich
dit bij alle schildgebieden op onze huidige continenten heeft afgespeeld.
Nature.
83