Zeespiegel stijgt en daalt door aardmantel

Niet alleen het smelten en aangroeien van de ijskappen zorgt voor zeespiegelfluctuaties. Ook stromingen in de diepe aarde kunnen hiervoor zorgen. Maar wel op een regionale schaal en op een langere tijdsschaal.

door

De zeespiegel op aarde stijgt met 1,8 mm per jaar. De reden daarvoor is de smelt van met name gletsjers bij de ijskappen en de kleinere ijsmassa’s, maar ook de langzame uitzetting van het steeds warmer wordende zeewater. De Deen Kenni Petersen (Aarhus Universiteit) en collega’s hebben nu nog een andere oorzaak ontdekt van zeespiegelfluctuaties: stromingen in de aardmantel zo schrijven ze in Science.

Op en neer

In de loop van de aardse geschiedenis is de zeespiegel gestegen, maar ook weer gedaald. De veruit bekendste reden daarvoor zijn het komen en gaan van glacialen, de koude perioden binnen de ijstijd, die al 2,5 miljoen jaar aanhoudt. In glacialen is er meer ijs op het land en daalt de zeespiegel. Van Nederland naar Engeland lopen was bijvoorbeeld mogelijk zo’n 20.000 jaar geleden. Het komen en gaan van de glacialen wordt weer bepaald door kleine verschillen in zonne-instraling op het aardoppervlak, in dit geval de Milankovitch cycli. Dit proces speelt op tien- tot honderdduizenden jaren als er veel ijs op aarde te vinden is.

Bay_of_fundy

De zeespiegelstijging door variaties in de aardmantel komt bovenop de normale eb- en vloedwerking zoals hier te zien in de Bay of Fundy, Canada. Creative Commons

Een ander bekend fenomeen zijn zeespiegelfluctuaties door het breder en smaller worden van de oceaanbekkens op een tijdschaal van tien tot honderden miljoenen jaren. Dit komt door plaattektonische processen. Als zich snel oceaankorst vormt in het midden van de oceanen door opstijgend magma, dan heeft het minder tijd om af te koelen en daarna te zakken voordat er nog nieuwere aardkorst gevormd wordt. Hierdoor wordt de zeebodem gemiddeld ondieper: het zeeniveau stijgt. Dit was bijvoorbeeld het geval in het midden van het Krijt, zo’n 100 miljoen jaar geleden.

Aardmantel

Een tijdsschaal die er ongeveer tussen in ligt is die van circa twee tot twintig miljoen jaar geleden. Ook hierop fluctueerde de zeespiegel, maar een geaccepteerde verklaring hiervoor is er niet. Petersen en collega’s denken nu een verklaring te hebben gevonden: het stijgen en weer dalen van aardmantelgesteente tot het begin van de lithosfeer, de ‘steenschaal’ van de aarde, op zo’n 40 km diepte. De zeebodem stijgt als mantelgesteente omhoog komt. Daar waar mantelgesteente naar beneden beweegt, daalt de bodem. Breekt er een stuk van het onderste gedeelte van de lithosfeer af, dan stijgt de zeebodem ook.

Dit fenomeen door variaties in de aardmantel is te zien aan de veranderingen in de sedimenten die zich op de zeebodem opstapelen. Kenni Petersen: “Dit betekent dat bij het bepalen van wereldwijde zeespiegelfluctuaties uit sedimenten de variaties veroorzaakt door de aardmantel eruit gehaald moeten worden om tot de juiste wereldwijde zeespiegelcurve te komen.” De variaties door de aardmantel vinden dus op regionale schaal plaats; niet wereldwijd. Dus zou dit de globale zeespiegel dus nauwelijks moeten beïnvloeden. Dit is anders dan eerst gedacht werd voor variaties van de zeespiegel op deze tijdsschalen.

Aarde_doorsnede_900

Een doorsnede van de aarde. De lithosfeer bestaat uit de aardkorst en het bovenste gedeelte van de mantel.

De onderzoekers maakten gebruik van een 2-dimensionaal rekenkundig model. In de toekomst zou er een 3-dimensionaal model ontwikkeld moeten worden, waardoor de theorie van Petersen en collega’s versterkt of juist onderuit gehaald kan worden. Grootschalige samenwerking tussen de industrie en universiteiten is dan vereist.

Referenties:

Petersen et al., 2010. Small-Scale Mantle Convection Produces Stratigraphic Sequences in Sedimentary Basins. Science 329: 827-830.
Müller, R.D., 2010. Sedimentary Basins Feeling the Heat from Below. Science 329: 769-770.