ZS-PMax-Fluoriet-1500-x-220-definitief_verdonkerd.jpg

College van de maand: Subductiezones

Het aardoppervlakte is niet statisch. De bovenste laag van de aarde verschuift constant. Een vuistregel die ik leerde bij Aardrijkskunde was dat aardplaten ongeveer net zo snel bewegen, als dat de teennagel van je grote teen groeit in een jaar. Deze snelheid van bewegen verschilt eigenlijk per plek, maar het geeft je een ruimtelijk idee als je bedenkt hoe groot je teennagel op de aardbol is.
De aardbol is opgedeeld in platen, waarop de continenten liggen. De randen van deze platen liggen tegen elkaar aan en worden plaatgrenzen genoemd.

Een wereldkaart met daarop de aardplaten en hun beweging.

afb.1: Een wereldkaart met daarop de aardplaten en hun beweging.


Langs deze randen vindt actief beweging plaats, wat in de meeste gevallen kan leiden tot aardbevingen. In dit college geef ik uitleg over zo’n actieve plaatgrens, genaamd de subductie zone. Ik begin met een korte uitleg over het ontstaan van subductie. Vervolgens vertel ik kort wat er nog meer op te merken valt bij een subductiezone.

Het ontstaan van subductie.

Er is geen eenduidige oorzaak van subductie. Meerdere processen helpen mee bij het ontstaan en in stand houden van de subductie. Subductie is een proces waarbij oceanische korst onder de continentale korst schuift. Oceanische korst ontstaat bij een Mid Oceanische Rug (MOR). Hier komt zeer heet magma omhoog tot aan het oppervlakte van de korst. Dit koelt heel snel af doordat het in direct contact komt met het zeewater. Doordat het gesteente snel afkoelt, groeien er veel kleine mineralen dicht op elkaar wat resulteert in een hoge dichtheid van het gesteente. Dit in tegenstelling tot de continentale korst die een lagere dichtheid heeft doordat de meeste mineralen tijd hadden om te groeien. Ook al is het gesteente nu massief, het is nog steeds erg warm. In de loop der jaren koelt het gesteente verder af, maar wordt het ook steeds dikker en vooral steeds zwaarder. Op een gegeven moment kan de oude korst zelfs zo zwaar worden dat hij spontaan begint te zinken in de mantel. Het zinken gebeurt meestal naast een stuk continentale korst met een lagere dichtheid, waarbij de continentale korst over de oceanische korst begint heen te schuiven. Dit is een begin van subductie.


Een MOR, Mid-Ocean Ridge.
afb.2: 
Een MOR ( Mid-Ocean Ridge in het Engels). De oceanische korst duikt onder de continentale korst door middel van subductie, aan de rechterkant van de afbeelding, en vormt hierbij een vulkanische rug (=volcanic arc) 


Subductie van de oceanische korst blijft vervolgens doorgaan door twee verschillende factoren die elkaar ook versterken. De factoren zijn ridge push en slab pull. Ridge push gebeurt bij een MOR. Nieuwe korst blijft telkens gevormd worden en duwt hierbij de al bestaande korst opzij. Tegelijkertijd vindt er slab pull plaats op de plek waar subductie echt plaats vindt. De oude korst die aan het zinken is, trekt onder zijn eigen gewicht ook de nog drijvende oceanische korst mee.

Ridge push en Slab pull.

afb.3: Ridge push (in het midden van het plaatje) door de spreiding in de MOR. Slab pull (aan de zijkanten van het plaatje) waar de subducerende plaat naar beneden zinkt.


Zoals meerdere geologische waarnemingen zijn aardbevingen voor het eerst gemeten in een oorlog, de koude oorlog. Omdat men kernwapens diep in de grond aan het testten was, werd geprobeerd deze trillingen te meten. Vervolgens kwamen ze erachter dat er trillingen plaatsvonden op plekken waar geen wapens getest werden, namelijk de plaatgrenzen. Doordat de plaatgrenzen bewegen ontstaan er aardbevingen. De aardbevingen die plaatsvinden bij een subducerende plaat zijn zeer divers. Dit houdt in dat ze zowel van kracht als van diepte kunnen variëren. Langs de gehele subducerende plaat kunnen in de neergaande beweging aardbevingen plaatsvinden doordat er op de gehele plaat frictie staat. De kracht van de aardbeving hangt vervolgens af van hoeveel spanning er op dit punt is opgebouwd. Hoeveel spanning zich heeft kunnen opbouwen hangt vervolgens af van de tijd, maar hangt ook af van hoe makkelijk het geheel langs elkaar kan bewegen. Een nieuw college waard!

Bij een subductiezone hoort vulkanisme.

Op een diepte van 110 km diepte begint de oceanische korst altijd te smelten bij een subductiezone, is mij door mijn docent aan de VU vertelt. Alleen gebeurt dit maar rond temperaturen tussen de 600 en 700 graden, wat eigenlijk veel te laag is. Omdat water vrijkomt uit de scheuren die in korst zaten, net als het water dat opgeslagen zat in de korst zelf, word de smelt temperatuur van de oceanische korst verlaagt. Dit vulkanisme zorgt voor de eerste boog van vulkanen, vlak na een subductie zone.
Er bestaat de mogelijkheid dat er verderop een tweede rij vulkanen ontstaat bij een subductie zone. Erosie producten die van het continent afkomen, komen terecht in de trog. Vervolgens worden deze producten meegenomen de subductiezone in. Op een diepte van 200 km kunnen deze gaan smelten wat een tweede rij vulkanen kan doen ontstaan.


Magma ontstaat op een diepte van 110km.

afb.4: Magma ontstaat op een diepte van 110km, bij A. Bij B kan het sedimenten smelten wat leidt tot een tweede vulkanische boog.
(Dehydration of slab crust causes hydration of the mantle (violet), which undergoes partial melting as amphibole (A) and phlogopite (B) dehydrate).


De andere mogelijkheid is metamorfose van alle aanwezige producten. Subductie zones worden gekenmerkt door een lage temperatuur, maar hogedruk. De meest voorkomende metamorfose producten die ontstaan zijn: zeoliet; groenschist; blauwschist; ecologiet. Dit is op volgorde van oplopende druk en een beetje oplopende temperatuur.

Als afsluiting het belangrijkste product waardoor te zien is dat er een subductie zone geweest is. Een MOR begint altijd als een riftfase van een stuk continent. Na verloop van tijd ontstaat er een oceaan. Door subductie wordt deze oceaan als het ware opgegeten door zijn eigen gewicht. Hierdoor zal uiteindelijk de oceaan ook weer sluiten. Dit zal niet zonder slag of stoot gaan en kan leiden tot de vorming van ofiolieten. Een ofioliet is een opeenvolging van lagen (stratigrafie) die ontstaan bij het sluiten van een oceaan, waarbij ook orogenese, oftewel gebergte vorming, optreedt. Ofiolieten bevatten in het bovenste jongste gedeelte marine sedimenten, daaronder horen stollingsgesteente als gabbro en basalten waar vervolgens diepte gesteente zich onder bevindt zoals peridotiet. Dit is overigens wel een ideale stratigrafie, die niet altijd zo voor komt. De werkelijkheid bij geologische processen verloopt vaak ingewikkelder dan in theoretische modellen


De stratigrafie van een ofioliet.
afb.5. De stratigrafie van een ofioliet.



Verantwoording van de bronnen van de afbeeldingen: