书籍暂未推出简体中文版——当前显示 Nederlands 版。
Aard- en ruimtewetenschappen basisschool en onderbouw · 1–9 年级
18Platentektoniek: de bewegende puzzel
Spreid een wereldkaart uit op tafel en kijk naar de twee kusten van de Atlantische Oceaan. De grote bolling van Brazilië lijkt gemaakt om in de holte van de westkust van Afrika te schuiven, alsof iemand één stuk land in tweeën had gesneden en de helften uit elkaar had geduwd. De eersten die goede kaarten van beide kusten drukten, zagen het meteen. Drie eeuwen lang bleef het een curiositeit. In de twintigste eeuw werd het het beginpunt van de theorie die nu verklaart waarom de grond in Japan schudt, waarom de Andes zo hoog zijn, waarom IJsland langzaam breder wordt — en waarom de kaart op tafel maar een momentopname is van een wereld die beweegt.
Wat je al weet
De Aarde heeft drie hoofdlagen: een dunne aardkorst van gesteente, een dikke mantel van heet gesteente en een metalen kern; de temperatuur stijgt met de diepte (Hoofdstuk 16). Een plaats op de globe wordt bepaald door haar breedtegraad en haar lengtegraad (Hoofdstuk 14).
18.1 Continenten die ooit in elkaar pasten
Definitie 18.1 (Continentverschuiving)
Continentverschuiving is het idee dat de continenten langzaam over het aardoppervlak bewegen, zodat hun plaats, en de vorm van de oceanen ertussen, in de loop van de tijd veranderd zijn.
Definitie 18.2 (Supercontinent)
Een supercontinent is één landmassa die bestaat uit alle, of bijna alle, continenten samen. Het laatste, Pangea (“alle landen” in het Grieks), begon tussen ongeveer 225 en 200 miljoen jaar geleden uiteen te vallen.
De wetenschapper die continentverschuiving verdedigde als een echte theorie, met bewijzen, was Alfred Wegener. Hij verzamelde vier soorten aanwijzingen.
- De vorm van de kusten. Zuid-Amerika en Afrika passen in elkaar als twee stukjes van een legpuzzel, en dat geldt ook voor een aantal andere kustlijnen.
- Fossielen. Dezelfde fossiele dieren en planten worden gevonden op continenten die nu door duizenden kilometers oceaan gescheiden zijn. Mesosaurus was een klein reptiel dat in zoet water leefde: het kan geen oceaan zijn overgezwommen, maar toch liggen zijn fossielen zowel in Brazilië als in zuidelijk Afrika.
- Gesteenten. Gesteenten van dezelfde soort en dezelfde ouderdom, en oude gebergten met dezelfde vorm, stoppen aan de ene kust en gaan verder aan de overkant, zoals de regels op een gescheurde krant.
- Klimaten van vroeger. Steenkool, gemaakt van de planten van warme, moerassige bossen, wordt gevonden op Antarctica; sporen van vroegere gletsjers worden gevonden in delen van Afrika die nu heet en droog zijn. Deze landen moeten ooit in andere klimaten hebben gelegen, op andere breedtegraden.
Geschiedenis — Het idee van Wegener, 1912–1930
Alfred Wegener, een 32-jarige Duitse meteoroloog, zette de theorie van de continentverschuiving in 1912 uiteen in twee artikelen. De meeste geologen verwierpen haar. Het sterkste bezwaar was dat Wegener niet kon zeggen wat de continenten bewoog: hij dacht dat ze door het gesteente van de oceaanbodem ploegden, en de natuurkundige Harold Jeffreys liet zien dat vaste continenten dat niet konden zonder te breken. Wegener bleef bewijzen verzamelen tot hij in 1930 tijdens een expeditie op de ijskap van Groenland stierf. Het antwoord dat hij miste, kwam van de bodem van de oceanen, die na de jaren 1950 werd verkend: dat wordt in een later jaar verteld.
18.2 De platen
De aanwijzingen van Wegener klopten, maar zijn continenten waren de verkeerde stukken. Niet alleen de continenten bewegen: de hele buitenste schil van de Aarde, onder de continenten en onder de oceanen, is in stukken gebroken.
Definitie 18.3 (Tektonische plaat)
Een tektonische plaat (of gewoon een plaat) is een grote, stijve schol van gesteente die deel uitmaakt van de buitenste schil van de Aarde. Een plaat bestaat uit de aardkorst en uit het bovenste, koude en stijve deel van de mantel, samen gemiddeld minstens 80 kilometer dik; ze beweegt langzaam over de hetere en zachtere mantel eronder.
Definitie 18.4 (Platentektoniek)
Platentektoniek is de theorie dat de buitenste schil van de Aarde is verdeeld in platen die ten opzichte van elkaar bewegen, en dat de meeste aardbevingen, vulkanen en gebergten ontstaan waar platen elkaar ontmoeten.
Opmerking 18.5 (Hoeveel platen?)
Ongeveer een dozijn platen is groot; veel meer zijn klein. Een gedetailleerde kaart die geologen gebruiken, telt er 52. Een plaat kan een continent dragen, een oceaan, of allebei: de Zuid-Amerikaanse plaat draagt heel Zuid-Amerika en de westelijke helft van het zuiden van de Atlantische Oceaan. De Pacifische plaat, de grootste, draagt bijna helemaal geen land.
Hoe weten we waar de ene plaat ophoudt en de volgende begint? Kijk waar de Aarde onrustig is.
Propositie 18.6 (Aardbevingen en vulkanen tekenen de plaatgrenzen)
Aardbevingen en vulkanen liggen niet willekeurig verspreid over de Aarde: de meeste liggen langs smalle gordels, en die gordels zijn de randen van de platen. Van de 7 031 aardbevingen met een magnitude van 6 of meer die tussen 1976 en 2025 zijn geregistreerd, vonden er 6 472 — dat is 92 % — plaats op minder dan van een plaatgrens.
18.3 Drie soorten plaatgrenzen
Definitie 18.7 (Plaatgrens)
Een plaatgrens is de lijn, of de smalle zone, waar twee platen elkaar ontmoeten. Naar de manier waarop de twee platen ten opzichte van elkaar bewegen, is een plaatgrens van een van drie soorten:
Voorbeeld 18.8 (Divergente grenzen: IJsland en Oost-Afrika)
Midden door de Atlantische Oceaan loopt een keten van onderzeese bergen, de Midden-Atlantische Rug, waar de platen aan weerszijden uit elkaar bewegen. Heet gesteente uit de mantel stijgt op in de opening, smelt gedeeltelijk en wordt nieuwe zeebodem: een divergente grens bouwt nieuwe plaat. IJsland is een stuk van deze rug dat boven de zee uitsteekt: daar beweegt Noord-Amerika naar het westen en Eurazië naar het oosten, en wordt het eiland langzaam opengescheurd. Tussen 1975 en 1984 werden de spleten bij de vulkaan Krafla, in het noorden van het eiland, in totaal ongeveer 7 meter wijder. Een divergente grens kan ook door een continent lopen: langs de Oost-Afrikaanse Slenk begint Afrika te splijten, en de Rode Zee is een jonge oceaan die Arabië al van Afrika heeft gescheiden.
Voorbeeld 18.9 (Convergente grenzen: de Andes en de Himalaya)
Voor de westkust van Zuid-Amerika beweegt de Nazcaplaat, die oceaan draagt, naar de Zuid-Amerikaanse plaat toe, die een continent draagt. De oceanische plaat, die zwaarder is, buigt en zakt onder het continent, diep de mantel in. Langs de lijn waar ze naar beneden gaat, duikt de zeebodem weg in een diepe trog; boven de zakkende plaat wordt het land geschud door aardbevingen en staan er rijen vulkanen: de Andes. In het westen van de Stille Oceaan, waar de ene oceanische plaat onder een andere zakt, liggen de troggen die de diepste plaatsen op Aarde zijn: de Marianentrog is bijna diep. Als twee continenten elkaar ontmoeten, zakt geen van beide: de korst wordt samengedrukt en dikker. India botste ongeveer 50 miljoen jaar geleden met Azië, en de twee platen duwen nog steeds; zo zijn de Himalaya en het Hoogland van Tibet omhooggekomen.
Voorbeeld 18.10 (Een transforme grens: de San Andreasbreuk)
In Californië schuift de Pacifische plaat naar het noordwesten langs de Noord-Amerikaanse plaat, langs de San Andreasbreuk, die ongeveer lang is. Daar wordt geen plaat gemaakt of vernietigd; de twee platen schuren langs elkaar, en de schokken van dat schuren zijn aardbevingen.
Methode 18.11 (Een plaatgrens op een kaart herkennen)
Om te bepalen wat voor grens twee platen scheidt:
- zoek op een kaart van de plaatbewegingen de pijlen aan weerszijden van de grens;
- als ze van de grens af wijzen, is die divergent; als ze ernaartoe wijzen, convergent; als ze evenwijdig aan de grens lopen en in tegengestelde richtingen wijzen, transform;
- controleer met het landschap: een rug midden in een oceaan of een slenk dwars door een continent hoort bij een divergente grens; een diepe trog met een rij vulkanen, of een hoog gebergte, bij een convergente; een lange rechte breuk zonder het een of het ander bij een transforme grens.
18.4 Hoe snel bewegen platen?
Propositie 18.12 (Een paar centimeter per jaar)
Twee naburige platen bewegen ten opzichte van elkaar met een snelheid van een paar centimeter per jaar: van ongeveer 2 centimeter per jaar in het noorden van de Atlantische Oceaan tot meer dan 14 centimeter per jaar bij de Oost-Pacifische Rug, de rug die op Aarde het snelst uitspreidt.
Methode 18.13 (Van centimeter per jaar naar kilometer per miljoen jaar)
Een kilometer is centimeter. Een snelheid van per jaar, een miljoen jaar volgehouden, legt dus centimeter af, dat is . Daarom:
Vermenigvuldig een snelheid in centimeter per jaar met 10 om kilometer per miljoen jaar te krijgen; vermenigvuldig daarna met een aantal miljoenen jaren om een afstand in kilometer te krijgen, of deel een afstand door de snelheid om een tijd te krijgen.
Voorbeeld 18.14 (De Atlantische Oceaan groeit)
Gemiddeld bewegen de twee kanten van de Midden-Atlantische Rug met ongeveer per jaar uit elkaar, dat is per miljoen jaar. In 100 miljoen jaar maakt dat : lang genoeg volgehouden opent een snelheid die veel te traag is om in een mensenleven te merken een oceaan.
Opmerking 18.15 (De beweging nu meten)
Zulke trage bewegingen worden nu rechtstreeks gemeten. Vaste meetstations die op het vaste gesteente zijn bevestigd, ontvangen de signalen van plaatsbepalingssatellieten en berekenen dag na dag hun eigen positie, tot op een paar millimeter. Na een paar jaar zie je dat stations op verschillende platen uit elkaar gaan of naar elkaar toe komen, met de snelheden die uit de gesteenten over miljoenen jaren zijn afgeleid. Plaatsbepaling met satellieten zelf is het onderwerp van Hoofdstuk 32.
18.5 Oefeningen
Oefening 18.1 ★
Wat is continentverschuiving? Noem de vier soorten aanwijzingen die Wegener gebruikte om haar te verdedigen.
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.1.
Continentverschuiving is het idee dat de continenten langzaam over het aardoppervlak bewegen, zodat hun plaats in de loop van de tijd veranderd is. De aanwijzingen van Wegener: het passen van de kustlijnen (Zuid-Amerika en Afrika); dezelfde fossielen op continenten die nu door oceanen gescheiden zijn; dezelfde gesteenten en oude gebergten aan weerszijden van een oceaan; sporen van vroegere klimaten op de verkeerde plaats (steenkool op Antarctica, gletsjerafzettingen in het hete, droge Afrika).
Oefening 18.2 ★
Noem de drie soorten plaatgrenzen en zeg voor elke soort hoe de twee platen ten opzichte van elkaar bewegen.
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.2.
Divergent: de platen bewegen uit elkaar. Convergent: ze bewegen naar elkaar toe. Transform: ze schuiven zij aan zij langs elkaar.
Oefening 18.3 ★
Kijk naar de kaart van de aardbevingen en vulkanen. Noem twee gebieden in de wereld met veel grote aardbevingen, en één continent dat er in het midden bijna geen heeft.
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.3.
Bijvoorbeeld helemaal rond de Stille Oceaan (Japan, Indonesië, de Andes), en de gordel die van de Middellandse Zee tot de Himalaya loopt. Bijna geen grote aardbevingen in het midden van Afrika of van Australië (ook niet in Noord-Amerika ten oosten van de Rocky Mountains, of in Brazilië).
Oefening 18.4 ★
Fossielen van Mesosaurus, een klein reptiel dat in zoet water leefde, worden gevonden in Brazilië en in zuidelijk Afrika. Waarom is dit een aanwijzing dat de twee continenten ooit aan elkaar vastzaten?
Oefening 18.5 ★★
Er wordt steenkool gevonden op Antarctica. Wat zegt dit over het klimaat waarin de steenkool is ontstaan, en wat kunnen we concluderen over waar Antarctica toen lag?
Oefening 18.6 ★★
Zeg welke soort plaatgrens er op elk van deze plaatsen ligt: de Midden-Atlantische Rug; de Andes; de San Andreasbreuk; de Himalaya; de Oost-Afrikaanse Slenk.
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.6.
Midden-Atlantische Rug: divergent. Andes: convergent (een oceanische plaat zakt onder een continent). San Andreasbreuk: transform. Himalaya: convergent (twee continenten botsen). Oost-Afrikaanse Slenk: divergent (een continent dat splijt).
Oefening 18.7 ★★
Zet een snelheid van per jaar om in kilometer per miljoen jaar. Hoe ver zouden twee punten aan weerszijden van de grens met deze snelheid in 60 miljoen jaar uit elkaar bewegen?
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.7.
kilometer per miljoen jaar; in 60 miljoen jaar: .
Oefening 18.8 ★★
Tussen 1975 en 1984 — negen jaar — werden de spleten bij de vulkaan Krafla in IJsland in totaal ongeveer wijder. Hoeveel werden ze gemiddeld per jaar wijder, in centimeter? Vergelijk dat met de gemiddelde snelheid van de Midden-Atlantische Rug, ongeveer per jaar, en bedenk waarom de twee getallen zo verschillen.
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.8.
, en : ongeveer per jaar, zo’n 30 keer het gemiddelde van per jaar. De platen schuiven aan het oppervlak niet gelijkmatig uit elkaar: de spanning bouwt jarenlang op en komt vrij in korte uitbarstingen, waarbij de spleten in één keer meters opengaan. Over lange perioden middelen rustige jaren en uitbarstingen zich uit tot een paar centimeter per jaar.
Oefening 18.9 ★★
De theorie van Wegener werd tientallen jaren verworpen. Welke vraag kon hij niet beantwoorden? Wat verandert de theorie van de platentektoniek aan zijn beeld van bewegende continenten?
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.9.
Hij kon niet zeggen welke kracht de continenten beweegt, en de beweging die hij zich voorstelde (continenten die door de oceaanbodem ploegen) was onmogelijk. In de platentektoniek ploegen de continenten nergens doorheen: ze worden meegedragen, samen met de oceaanbodem eromheen, door platen die als hele stukken van de buitenste schil van de Aarde bewegen.
Oefening 18.10 ★★
Kijk naar de doorsnede door twee plaatgrenzen. Waar ligt de zeebodem het hoogst, en waar het diepst? Waar wordt nieuwe plaat gemaakt, en waar gaat een plaat terug de mantel in?
Oefening 18.11 ★★★
Bij de Oost-Pacifische Rug bewegen de platen met ongeveer per jaar uit elkaar, en bij de Noord-Atlantische rug met ongeveer per jaar. Hoeveel keer sneller is de Oost-Pacifische Rug (afgerond op een heel getal)? Hoelang doet elke rug erover om nieuwe oceaanbodem te openen?
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.11.
: ongeveer 6 keer sneller. In kilometer per miljoen jaar zijn de snelheden 142 en 22. Tijden voor : miljoen jaar voor de Oost-Pacifische Rug; miljoen jaar voor de Noord-Atlantische rug.
Oefening 18.12 ★★★
Van de 7 031 aardbevingen met een magnitude van 6 of meer die van 1976 tot 2025 zijn geregistreerd, vonden er 4 578 plaats op minder dan van de lijn van een plaatgrens op de kaart, 6 472 op minder dan en 6 786 op minder dan . (a) Hoeveel vonden er plaats tussen en van de lijn? (b) Bereken, afgerond op een heel getal, het percentage van al deze aardbevingen dat op minder dan van de lijn plaatsvond. (c) Veel van de aardbevingen tussen en van de lijn liggen aan dezelfde kant van een diepe oceaantrog. Leg met wat er bij een convergente grens gebeurt uit waarom een aardbeving die door een plaatgrens wordt veroorzaakt zo ver van de lijn op de kaart kan plaatsvinden.
Oplossing
Oplossing van Oefening 18.12.
(a) aardbevingen. (b) , dat is 65 %. (c) De lijn op de kaart geeft de trog aan, waar de oceanische plaat begint te zakken. De plaat gaat niet recht naar beneden: ze zakt schuin onder de andere plaat, steeds dieper naarmate ze eronder verdwijnt. Langs de hele zakkende plaat vinden aardbevingen plaats, dus liggen er veel onder de bovenliggende plaat, aan dezelfde kant van de trog, tientallen of honderden kilometers van de lijn. Een plaatgrens is een zone, geen dunne lijn.
18.6 Probleem: Het zuiden van de Atlantische Oceaan opent zich
Probleem 18.1
Weekendprobleem — een oceaan op de kaart opmeten en uitzoeken hoelang hij erover deed om open te gaan
Op een kaart van het zuiden van de Atlantische Oceaan volgt een leerling de breedtecirkel van zuiderbreedte. Die verlaat de kust van Zuid-Amerika bij Rio de Janeiro, op westerlengte, steekt de oceaan en de Midden-Atlantische Rug over, en bereikt de kust van Afrika bij Walvisbaai, op oosterlengte. Op deze breedtecirkel is één lengtegraad . Bij de rug bewegen de Zuid-Amerikaanse en de Afrikaanse plaat op deze breedte met per jaar uit elkaar.
Deel I — De aanwijzingen van het passen.
- Noem op de fossielenkaart van dit hoofdstuk de fossielen waarvan de banden van Zuid-Amerika doorlopen naar Afrika.
- Waarom kunnen de fossielen van Mesosaurus niet verklaard worden door een dier dat van het ene continent naar het andere zwom?
- Welk deel van Zuid-Amerika past in welk deel van Afrika?
- Welke soort plaatgrens loopt nu door het midden van het zuiden van de Atlantische Oceaan? Hoe bewegen de twee platen daar?
Deel II — De oceaan opmeten.
- Hoeveel lengtegraden scheiden de twee kusten langs de breedtecirkel van zuiderbreedte?
- Hoe breed is de oceaan, in kilometer, langs deze breedtecirkel? Rond af op tientallen kilometers.
- Op de evenaar is één lengtegraad . Waarom is die op zuiderbreedte maar ?
- De rug loopt ongeveer door het midden van de oceaan. Hoe ver ligt elke kust ongeveer van de rug?
Deel III — De ouderdom van de oceaan.
- Zet de snelheid waarmee de twee platen uit elkaar bewegen om in kilometer per miljoen jaar.
- Als de oceaan altijd met deze snelheid was opengegaan, hoeveel miljoen jaar zou hij er dan over hebben gedaan om zijn huidige breedte te bereiken? Rond af op tientallen miljoenen jaren.
- Geologen dateren het uiteenvallen van Pangea op tussen ongeveer 225 en 200 miljoen jaar geleden, en zeggen dat de Atlantische Oceaan in de laatste 100 tot 200 miljoen jaar is gegroeid. Klopt jouw antwoord daarmee?
- Geef één reden waarom de werkelijke ouderdom van het zuiden van de Atlantische Oceaan kan verschillen van de ouderdom die jij vond.
Oplossing
Oplossing van Probleem 18.1.
1. Mesosaurus, Cynognathus en Glossopteris (de band van Lystrosaurus verbindt Afrika, India en Antarctica).
2. Het leefde in zoet water: het kon geen zoute oceaan van duizenden kilometers breed oversteken.
3. De bolling van het noordoosten van Brazilië past in de holte van de Golf van Guinee, aan de westkust van Afrika.
4. Een divergente grens, de Midden-Atlantische Rug: de Zuid-Amerikaanse plaat beweegt naar het westen en de Afrikaanse plaat naar het oosten, van elkaar af.
5. De kusten liggen aan weerszijden van de nulmeridiaan: .
6. : ongeveer .
7. De meridianen komen dichter bij elkaar naarmate je van de evenaar naar een pool gaat. De breedtecirkel van zuiderbreedte is een kleinere cirkel dan de evenaar, dus is elk van zijn 360 graden korter.
8. Ongeveer de helft van de breedte: .
9. kilometer per miljoen jaar.
10. : ongeveer 170 miljoen jaar.
11. Ja: 170 miljoen jaar ligt tussen 100 en 200 miljoen jaar, en het komt na het begin van het uiteenvallen van Pangea, 225 tot 200 miljoen jaar geleden. Een eenvoudige berekening op een kaart geeft de juiste orde van grootte.
12. Bijvoorbeeld: de snelheid is niet altijd dezelfde geweest; de continenten werden uitgerekt en dunner voordat ze spleten, dus de huidige kusten zijn niet precies de lijn waarlangs ze uit elkaar braken.