Loslopende polen blijven dicht bij huis

Om de aarde in balans te houden, verschuift de aardas, en daarmee de polen, tien centimeter per jaar. Voor het eerst is een model opgesteld dat deze veranderingen redelijk kan volgen....

YVONNE HOFS

GALILEI en Copernicus stierven in zalige onwetendheid. De aarde, zo dachten ze, is een bol die om de zon draait. De huidige inzichten zijn anders. De aarde is een raar ding dat om de zon draait. Van platte pannekoek veranderde de planeet in een ellipsvorm die aan de polen is afgeplat.

En daar blijft het niet bij. De aarde is voortdurend in beweging. Zo wandelen de continenten en oceanen van hot naar her. Gelukkig gebeurt dit in het tempo van een verlamde slak, zodat niet elk jaar alle landkaarten toe zijn aan een herdruk. En ook de aardas helpt mee, de onrust te verhogen.

Om de aardas of rotatie-as draait de aarde zijn dagelijkse ronde. Die as is niet stabiel, maar wiebelt en wandelt voortdurend. De polen, de snijpunten van de aardas met het aardoppervlak, bewegen mee. Deze verplaatsing van de polen wordt poolvlucht genoemd.

Twee Amerikaanse geofysici van Harvard University, B. Steinberger en

R. O'Connell, publiceerden deze maand in Nature een model waarmee ze de richting en snelheid van deze poolvlucht berekenden over de laatste 65 miljoen jaar. Het resultaat van hun berekeningen stemt goed overeen met de al bestaande reconstructie van de poolverplaatsing op basis van magnetisch onderzoek.

De oorzaak van de poolvlucht ligt in het binnenste van de aarde. De mantel is een gedeeltelijk vloeibare laag gesteente onder de aardkorst. Door stromingen in de mantel raakt de aarde uit balans. Een kleine heroriëntatie van de aardas brengt de boel weer in evenwicht. Doordat de stromingen in de mantel eeuwig doorgaan, blijven ook de polen voortdurend in beweging.

Bij het onderzoek naar de poolvlucht is het een probleem dat de bewegingen in de mantel lastig zijn te volgen. Daarom baseren Steinberger en O'Connell hun theorie gedeeltelijk op gegevens uit de aardkorst. Zij veronderstellen daarbij dat de bewegingen van de aardkorst samenhangen met de stromingen in de mantel. Deze stromingen zijn de belangrijkste kracht achter het bewegen van de continenten.

En de aardkorst, als afgeleide van de mantel, gunt de onderzoeker bovendien een blik in het verleden. Dankzij het aardmagnetisme zijn de verplaatsingen van de continenten over grofweg de laatste honderd miljoen jaar vrij nauwkeurig bekend. We weten onder meer dat Afrika aan Zuid-Amerika heeft vastgezeten en dat de Grote Oceaan zijn naam steeds minder eer aandoet. Hij krimpt langzamerhand.

Het reconstrueren van de bewegingen van de continenten gaat met behulp van magnetisch onderzoek. De meeste gesteenten bevatten in meer of mindere mate magnetische mineralen. Op het moment dat het gesteente wordt gevormd, nemen deze mineralen de sterkte en de oriëntatie van het aardmagnetisch veld over. Deze momentopname wordt voor eeuwig vastgelegd.

Het aardmagnetisch veld bezit de voor geologen en geofysici praktische eigenschap dat het voortdurend van intensiteit en richting verandert. Dankzij de wispelturigheid van het aardmagnetisme is het mogelijk een paleomagnetische tijdschaal op te stellen. Daarmee kan de ouderdom van gesteenten worden bepaald. Bovendien is uit de magnetisatie-richting van de mineralen de vroegere geografische positie van het gesteente af te lezen.

Via ingewikkelde berekeningen is men er op die manier in geslaagd de poolvlucht te berekenen over de afgelopen 65 miljoen jaar. Tot nu toe echter waren alle theoretische modellen die werden gebruikt om de bewegingen van de aardas te berekenen, gebaseerd op gegevens uit de aardkorst.

Steinberger en O'Connell hebben een fundamenteler model opgesteld, dat er meer dan andere methoden op is gericht de processen in de mantel te beschrijven. Hun systeem is een poging de stromingen in de mantel te reconstrueren die de directe oorzaak zijn van de wiebelende aardas.

Zij hebben de gegevens uit de aardkorst daarom aangevuld met een model voor de vloeibare eigenschappen van de mantel. De huidige opbouw van de mantel, afgeleid uit seismische metingen, vormde het uitgangspunt van hun berekeningen.

De computer werd opgezadeld met al deze gegevens. Het rekenapparaat produceerde vervolgens een poolbaan. Met het systeem van de Amerikanen is de werkelijke poolvlucht aanmerkelijk beter te berekenen dan met de eerdere modellen die louter gebaseerd waren op gegevens uit de aardkorst.

Hoe snel en waarheen zijn de polen nu op weg? Uit astronomische waarnemingen in de laatste tachtig jaar is bekend dat de Noordpool zich op dit moment westwaarts verplaatst. Dit gebeurt met een snelheid van ongeveer tien centimeter per jaar, dus honderd kilometer per miljoen jaar.

Het is moeilijker een schatting te maken van de bewegingen van de polen over miljoenen jaren. Waarschijnlijk bedraagt de verplaatsing over de laatste 65 miljoen jaar zo'n duizend kilometer. Dit is dus gemiddeld veel trager dan het huidige tempo.

De verklaring voor dat tempoverschil is het afsmelten van de ijskappen op de polen door de opwarming van de aarde. Daardoor verplaatst de watermassa zich naar de evenaar. Op de plaatsen waar de ijskap verdwijnt, heeft de aardkorst de neiging omhoog te komen, doordat de druk van het ijs aan de bovenkant wegvalt. Deze opwaartse beweging brengt in de aardmantel een stroming op gang waarbij mantelmateriaal van elders wordt aangevoerd om het 'gat' van onderen op te vullen. Meer stroming leidt tot meer gewiebel van de aardas, dus grotere poolvlucht.

Een voorspelling dat de Noordpool op afzienbare termijn in Afrika zal liggen is echter irreëel. Daarvoor beweegt de aardas zich te traag. Trager dan op grond van simulaties in laboratoria werd verwacht. Daaruit bleek dat op een planeet als de aarde een snelle poolvlucht normaal zou moeten zijn, waarbij de polen zich zelfs over negentig graden zouden kunnen verplaatsen. Als dat werkelijk gebeurde, zou de Noordpool inderdaad naar Afrika kunnen verkassen.

De vraag waarom dit niet plaatsvindt, is nog onbeantwoord. Tot voor kort dachten geofysici dat de aardrotatie de poolvlucht vertraagde. Door de draaiing van de aarde ontstaat een uitstulping bij de evenaar. De evenaar ligt 21 kilometer verder van het middelpunt van de aarde dan de polen. Deze uitstulping zou de aardas min of meer op zijn plaats, zoals bij een sneldraaiende tol. Die blijft ook rechtop staan.

Maar verschillende onderzoeken, waaronder dat van Steinberger en O'Connell, hebben die theorie om zeep geholpen. Het lijkt erop dat de uitstulping zich snel aan de wandelende aardas aanpast en de beweging nauwelijks belemmert.

Waarschijnlijk moet het goede antwoord opnieuw in de aardmantel worden gezocht. De twee Amerikaanse geofysici opperen de mogelijkheid dat de mantel minder vloeibaar is dan tot nu toe werd aangenomen. Daardoor zou de stroming in het binnenste van de aarde worden beperkt, waardoor de aardas minder beweegt dan verwacht. Ook de aardas doet aan onthaasting.

Yvonne Hofs

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden