10. Impact aangedreven tektoniek



Het feitenrelaas en de interpretaties in de vorige hoofdstukken resulteren in een puntsgewijze beschouwing hoe kosmische inslagen in het Mesozoïcum en Tertiair tot ‘high speed’ platentektoniek hebben geleid, die de totale geologie van het Middellandse zee gebied heeft bepaald.          

  • Tijdens het Paleozoïcum zijn de oceaanbodems in de diepte van de aardmantel verdwenen. Als gevolg van deze op hol geslagen afzinking (runaway subduction) is het inwendige van de aarde fundamenteel verstoord. Door vertikale zwakke zones (met daarin scheuren en breuken) in de mantel ontsnappen gassen, pekels en magma die zich in de asthenosfeer ophopen. Dit wordt in onderstaande figuur in beeld gebracht. 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

   

Figuur 10.1. Door ´runaway subduction´ zijn in het Paleozoïcum de oceaanbodems tot op de grens met de aardkern in de aardmantel afgedaald. De subductiekanalen, waarlangs deze afzinking plaats vindt, fungeren als ´schoorstenen´ waarin magma, gassen en superkritische pekels opstijgen die zich in de asthenosfeer ophopen.

 
  • De continentale onderkorst (COK) neemt tijdens de op hol geslagen afzinking van oceaanbodems veel water op. Daardoor verandert deze onderkorst van samenstelling. Basalt en periodiet gaan over in het veel zwaardere eclogiet. Deze topzware continentale onderkorst scheurt vervolgens op een diepte van 10 tot 15 kilometer van de lichtere (granieten) continentale bovenkorst (CBK) af en zakt de onderliggende asthenosfeer in, een proces dat delaminatie wordt genoemd (N.J. Krystopowicz e.a., Crustal eclogitization and lithosphere delamination in orogens, Earth and Plametary Science Letters, 22-12-2012). Eclogiet neemt 10 tot 15% minder volume in dan basalt of periodiet. Zo ontstaat een netwerk van scheuren in de continentale onderkorst waardoor magma, gas en water vanuit de asthenosfeer infiltreren in de hogere lagen van de aardkorst (www.ncgt.org volume 3, september 2015, p.351).
  • Tussen de COK en CBK dringt vloeibaar magma uit de onderliggende asthenosfeer (de Conraddiscontinuïteitszone). Dit magma bevat veel water en gassen die zich, na de op hol geslagen afzinking van de oceanische bodems, in de asthenosfeer hebben opgehoopt. ('An addition of 0.2 weight percent H2O lowered the solidus temperature of hydrous mantle peridotite by 150 °C, which led to extensive melting in the hydrous mantle transition zone, and to the rise of hydrous plumes into the overlying crust-mantle' uit: B.F. Windley e.a., Delamination/thinning of subcontinental lithospheric mantle in Eastern China: The role of water and muliple subduction, 2010, Elsevier)
  • Het op grote schaal in de continentale bovenkorst voorkomen van magma-intrusies (granieten) en vulkanische gesteenten (allemaal met radiometrische modelleeftijd van rond 330 miljoen jaar) bevestigt het ontstaan van de Conraddiscontinuïteitszone aan het eind van het Paleozoïcum (J.F. von Raumer e.a., Durbachites-Vaugnerites - a geodynamic marker in the central European Variscan orogen, Terra Nova 26, pp.85-95, 2014).
  • De Conraddiscontinuïteitszone (CDZ) van water en gasrijk magma tussen de COK en CBK fungeert als een laag groene zeep waarop de aardplaten van de CBK als stenen pontons rusten (www.cosmosmagazine.com/geoscience/geologists-solve-mystery-tectonic-plates-float)
  • De delaminatie van de CBK en COK plus de ontwikkeling van de CDZ betekent een fundamentele verzwakking van de lithosfeer: de CBK verliest z'n stabiliserende kiel (of wortel).
  • De combinatie van delaminatie en ontwikkeling van de Conraddiscontinuïteitszone in het Paleozoïcum vormt de beginvoorwaarde (tektonische preconditie) voor de 'high speed' platentektoniek in het Mesozoïcum - zie figuur 10.2.

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 10.2. Ontwikkeling van het inwendige van de aarde tijdens het Paleozoïcum: door 'runaway subduction' van oceaanbodems wordt de opbouw van de aardkorst fundamenteel verstoord. Er treedt delaminatie op van de continentale onderkorst en continentale bovenkorst. Als gevolg daarvan ontstaat een watterrijke magmalaag tussen de continentale bovenkorst en de continentale onderkorst (Conraddiscontinuïteitszone). Laat Paleozoische graniet intrusies en vulkanische gesteenten in de continentale bovenkorst (in rood aangegeven) tonen de realiteit van deze magmalaag aan.

 

  • Door multiple impact events aan het eind van het Trias en aan het eind van het Krijt breken delen van de CBK af. Er ontstaan microplaten of micro-continenten. Ook zakken delen van de COK dieper in de asthenosfeer (roll back genoemd), waardoor de CDZ steeds dikker wordt. Daarmee vormen deze impacts het kickstart mechanisme (de aanjagers) van high speed platentektoniek.
  • De multiple impacts hebben verschillende gevolgen. Door de schokgolven wordt nog meer gesteente in en om de Conraddiscontinuïteitszone in magma omgezet (N.J.Price, Major Impacts and Plate Tectonics, pp.211-215, 2001, Routledge, Londen). Ook resulteren de schokgolven in faseverandering van het magma in de CDZ, waardoor water vrij komt uit het magma. De aanmaak van extra magma verlaagt de viskositeit van de CDZ aanzienlijk. Samen met het effect van het vrijgekomen water wordt hierdoor de weerstand onder de CBK praktisch nihil. Dit maakt tektonische aquaplaning mogelijk: het glijden van een gesteentepakket over een dunne vloeistoflaag (A.Ribeiro, Soft Plate and Impact tectonics, 2002, Springer-Verlag).
  • De door impacts opgewekte schokgolven genereren bovendien ‘high energy’ golfbewegingen (magma stormen) in het weinig viskeuze, zeer vloeibare magma van de Conraddiscontinuiteitszone. Deze zone (die ook wel Low Velocity Zone (LVZ) wordt genoemd vanwege de lage P waarden die kenmerkend er in voorkomen) verandert zo in een magma surge channel. ('The lithospheric surge channels, which are everywhere connected with the asthenosphere by vertical conduits, fill with magma generated in the asthenosphere. The magma in the lithospheric channels is compressed during a lithospheric collapse...the pressure is suddenly transmitted rapidly through the surge channel network; the surge channel burst and the tectogenesis is in full swing', A.Meijerhoff e.a., Surge Tectonics: a New Hypothesis of Global Geodynamics, 1996, Dordrecht).

 

Figuur 10.3. Multiple impact events aan het eind van het Trias en het Krijt hebben grote gevolgen voor de Conraddiscontinuïteitszone (CDZ): die wordt dikker en minder viskeus (stroperig) door de extra aanmaak van magma; er komt water uit het magma vrij en er ontwikkelen zich magmastormen. Bovendien wordt de CDZ scheefgesteld (zie hieronder). Door deze effecten komt de aardkorst boven de CDZ in een glijbeweging terecht.

 

  • De explosieve magmabewegingen in de LVZ worden versterkt doordat impacts (met een diameter groter dan 24 km) de aardkorst tot op de Moho (grens met de aardmantel) doorboren. Door drukontlasting welt daardoor in de impact regio vloeibaar magma uit de asthenosfeer omhoog (A.P. Jones e.a., Impact induced melting and the development of large igneous provinces, Earth and Planetary Letters, 202, 2002, pp.551-561; A.P. Jones, G.D. Price, Impact-induced decompression melting: a possible trigger for volcanism and mantle hotspots? in: www.mantleplumes.org). Opwellend magma leidt tot thermische expansie. Het gebied rond een impact locatie wordt door de opwelling en de thermische expansie opgeheven en de daarboven liggende CBK scheef gesteld. Deze opheffing versterkt de golfbewegingen in de CDZ. Bovendien versterkt de scheefstelling van de CBK het weg glijden van de CBK over de CDZ (gravity gliding) (N.J.Price, 1988, Gravity glide and plate tectonics, in: M.G. Audley-Charles, A.Hallam, Gondwana and Tethys, pp.5-21, The  Geological Society, Oxford Université Press).

               Klik op de afbeelding om te vergroten.

 

Figuur 10.4. Opwellend magma uit de asthenosfeer leidt tot scheefstelling van de continentale bovenkorst, met als gevolg dat de CBK over de CDZ wegglijdt.

 

  • De scheefstelling van de CBK, de geringe weerstand onder de CBK en de magmastormen in de CDZ resulteren in snelle, chaotische verplaatsing van micro-platen (= fragmenten CBK). Deze door impacts aangedreven botsautootjes’ bewegingen van de microplaten verklaren de uiteindelijke configuratie van micro-platen en gebergtestructuren in het Middellandse zeegebied.
  • De platentektoniek in het Middellandse zee gebied heeft uiteindelijk het karakter van ‘ultra thin-skinned tectonics’: alleen de CBK heeft zich aan het aardoppervlak horizontaal verplaatst. De gedelamineerde COK zakt daarentegen dieper weg in de asthenosfeer (vergelijk: P.Flinckh, K.Hsü, Thin-skinned Plate Tectonics: the re-invention of a crazy idea, in: U.Briegel, W.Xiao, Paradoxes in Geology, Elsevier, 2001, pp.101-112).
  • Delaminatie en de ontwikkeling van de Conraddiscontinuïteitszone vormen de beginvoorwaarde, buitenaardse inslagen de kickstart en magma stormen in de CDZ het verplaatsingsmechanisme van deze ‘high speed’ platentektoniek in het Mesozoïcum en Tertiair.

 
Onderstaand schema geeft de belangrijkste aspecten van het model van door impacts aangedreven 'high speed' platentektoniek in het Mesozoïcum en Tertiair weer.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.




Figuur 10.5. Multiple impact events aan het eind van het Trias en het Krijt zetten een samenhangend geheel aan geofysische processen in gang, dat resulteert in 'high speed' bewegingen van continentale bovenkorst. Roll back van de COK, opwelling van magma uit de asthenosfeer waardoor de CDZ wordt scheefgesteld met 'gravity gliding' als gevolg, het vrij komen van water uit magma in de CDZ en magmastormen in de CDZ hebben allemaal bijgedragen aan deze explosieve, impact geïnduceerde vorm van platentektoniek.

 

In het volgend hoofdstuk wordt het model van impact aangedreven 'high speed' platentektoniek vergeleken met het standaard model van de platentektoniek. Waar zitten de verschillen? En welke details van de geologie van het Middellandse Zee gebied worden door de standaard versie van de platentektoniek niet of onvoldoende verklaard?