Aan de randen, dáár gebeurt het. Dat was lange tijd de gedachte als het over plaattektoniek ging. Vulkanisme, aardbevingen, gebergtevorming: stuk voor stuk zijn het grote geologische gebeurtenissen die nauw samenhangen met de randen van de aardplaten. Daar schuurt het, wringt het, wrijft het, daar zijn de grote krachten aan het werk. Verder naar het centrum toe liggen de zogeheten kratons, tektonisch stabiele gebieden. Daar is het maar een dooie boel.
Of toch niet? De geologische puzzel blijkt verre van compleet, schreef Tom Gernon (1983) – hoogleraar earth sciences aan de universiteit van Southampton – vorig jaar in een Nature-publicatie. De van oorsprong Ierse geoloog ontdekte samen met collega’s een geheel nieuw fenomeen: mantelgolven. Dankzij die trage, lange golven ónder de aardplaten is er ook in de kratons volop activiteit. De ontdekking leverde hem van vakblad Science een nominatie op voor scientific breakthrough of the year, dit jaar gaf hij al lezingen op grote conferenties in Boston en Wenen.
Tom Gernon. „Twintig jaar geleden, op veldwerk in zuidelijk Afrika, kwam de vraag voor het eerst in me op”, zegt hij nu, tijdens een videogesprek vanuit zijn werkkamer. „Hóé kan het dat we in het midden van continentale platen hooggebergtes vinden en volop diamanten, terwijl die plaatsen juist geacht worden geologisch stabiel te zijn? In Lesotho zag ik de imposante Drakensbergen oprijzen, die daar helemaal niet hóórden te zijn als ik mijn oude lesboeken moest geloven. Destijds had ik als promovendus nog niet voldoende aanknopingspunten om het antwoord te vinden. Maar inmiddels vermoed ik dus dat het alles te maken heeft met mantelgolven.”
Ik merkte dat elk geologisch naslagwerk er maar zo’n beetje omheen praatte
Wat deed je daar bij de Drakensbergen?
„Ik bezocht er diamantmijnen. Voor mijn promotietraject deed ik onderzoek naar het ontstaan van kimberliet, en juist dat stollingsgesteente staat bekend om de grote hoeveelheid diamanten. Het wordt diep in de aardmantel gevormd, dus onder de aardkorst, en komt aan de oppervlakte in de vorm van verticale pijpen, de kimberlietpijpen. Veel kimberlietmijnen tref je júíst aan in kratons, maar als ik probeerde uit te vogelen waarom dat zo was, dan merkte ik dat elk geologisch naslagwerk er maar zo’n beetje omheen praatte.”
Dus liet je het rusten.
„Na mijn promotie kreeg ik een baan aangeboden aan de universiteit waarbij ik wel tien verschillende vakken per jaar gaf. Leuk, maar ook vermoeiend: als een chef-kok die tien gerechten tegelijkertijd probeert te bereiden. Terwijl je juist rust nodig hebt om een antwoord te vinden op de grotere vragen. De rust om creatief te zijn, om verbanden te leggen. Langzaamaan merkte ik dat ik mijn passie verloor. En pas toen ik een sabbatical kon nemen kwam het plezier in mijn werk geleidelijk terug. Ik durfde op mijn onderbuikgevoel te vertrouwen, mijn neus achterna te gaan, en tijd nemen voor die ene grote vraag: waarom zijn kratons minder stabiel dan ze lijken? Al was het natuurlijk niet zo dat er meteen een pasklaar antwoord lag. Er volgden jaren van samenwerking en van gedegen statistisch onderzoek voordat we bij het idee van de mantelgolven uitkwamen.”
In dat opzicht bevond Gernon zich in goed gezelschap. De ontdekking van plaattektoniek ging ook niet over één nacht ijs. Al rond 1910 had de Duitse meteoroloog Alfred Wegener een theorie opgesteld over verschuivende continenten, maar pas een halve eeuw later – lang nadat hij zelf was omgekomen tijdens een poolexpeditie – werden zijn vermoedens bevestigd. Toen ontdekten wetenschappers dat de oceaanbodem aangroeit langs zogeheten mid-oceanische ruggen.
Hoe hangen die ruggen samen met plaattektoniek?
„Onder de aardkorst heb je de mantel, een laag van heet vast gesteente waarin stroming plaatsvindt. Dat klinkt tegenstrijdig, maar onder extreem hoge druk en temperatuur kan zulk gesteente over de loop van miljoenen jaren bewegen. Bij de mid-oceanische ruggen komt warm mantelgesteente naar boven. Uit een fractie daarvan ontstaat nieuwe oceaankorst; de rest van de mantel botst op de onderkant van de koude aardkorst en zinkt weer. Die mantelconvectie langs de plaatranden kun je zien als de drijvende kracht achter plaattektoniek: de platen bewegen op de stroming mee. We associeerden die convectie altijd zó met de plaatranden dat er een speciale afkorting voor bestaat: EDC, edge driven convection.
„Maar mijn collega’s en ik ontdekten dat dat maar een deel van het verhaal is. De convectie blijkt een soort kettingreactie in gang te zetten, waarbij er dus golven onder de aardkorst door bewegen, vanaf de randen naar het midden van de plaat. Héél traag – in onze computermodellen gaat het om 20 kilometer per miljoen jaar. Ik heb me laten vertellen dat dat een miljoenste is van het tempo van een slak.”
En dat leidt tot diamanten?
„Onder andere. Kimberlieterupties blijken te worden getriggerd door mantelgolven. Maar minstens zo fascinerend is dat de golven ook tot hoogvlaktes kunnen leiden. Al rollend langs de onderkant van de continenten schrapen ze daar materiaal af van de aardkorst, waardoor die lichter wordt en omhoogveert, met alle gevolgen van dien.
„Het gebergte dat daarbij ontstaat heeft grote invloed op soortvorming – populaties worden van elkaar gescheiden en evolueren door – en zelfs op klimaatverandering. Van Groenland en Antarctica bijvoorbeeld, twee klassieke kratons van miljarden jaren oud, weten we dat het verhoogde reliëf de vorming van ijskappen in de hand heeft gewerkt. Zonder mantelgolven zag onze planeet er dus heel anders uit. Alles hangt met elkaar samen.”
Hoe trage mantelgoven ontstaan
Als je het uitlegt klinkt het zo logisch dat ik me afvraag: waarom is dit nooit eerder ontdekt?
Lachend: „Dat was met plaattektoniek ook zo. Wat het ingewikkeld maakt, is dat het onzichtbaar is. Je kunt wel iets beweren over mantelgolven, maar hoe bewijs je dat ze ook echt bestaan? Dat heeft een hoop onderzoek en modelleerwerk gekost. Zoals zoveel wetenschappers twijfelde ik aan mezelf. Ik was er continu op gebrand om mijn eigen idee de nek om te draaien. Maar het is nog altijd springlevend.”
Dan, na een korte stilte: „De geologie kampt tegenwoordig met de hardnekkige maar foutieve aanname dat er niets nieuws meer te ontdekken valt. Dat hadden ze in de natuurkunde een dikke eeuw geleden ook, tot Einstein met zijn relativiteitstheorie de boel opschudde. Niet dat ik mezelf met hem wil vergelijken, maar ik hoop wel dat er weer meer geologisch enthousiasme opbloeit. In Engeland is de interesse onder scholieren tanende, en in Nederland is het natuurlijk helemaal problematisch, nu bij jullie in Amsterdam de hele studie aardwetenschappen dreigt te verdwijnen.”
Was jij vroeger zelf geïnteresseerd in aardwetenschappen?
„Zeker, al kun je ook stellen dat ik geïnteresseerd was in álle wetenschap – ook in sociale geografie onder andere. Mijn middelbare school deed jaarlijks mee aan de Young Scientist Exhibition, waarbij Ierse scholieren eigen onderzoeksprojecten mochten uitvoeren. Zo won ik de eerste prijs met een onderzoek naar de geografische aspecten van verstedelijking. Die brede interesse heb ik altijd gehouden en ik ben blij dat ik tegenwoordig ook weer mijn eigen neus achterna durf te gaan in de wetenschap. Zo ben ik nu bezig met een project over de mogelijke invloed van mantelgolven op snowball earth.”
Snowball earth?
„Dat is de wetenschappelijke theorie dat de aarde ooit, rond de 650 miljoen jaar geleden, geheel bedekt was in sneeuw en ijs. Tijdens een conferentie in Australië ontmoette ik de grondlegger ervan, Paul Huffman, en vervolgens zijn we samen gaan kamperen in de outback. Om daar het landschap door zijn ogen te zien, met zijn theorie als uitgangspunt, was geweldig inspirerend. Maar ja, in de wetenschap is het lastig om beursaanvragen gehonoreerd te krijgen voor projecten die buiten de gebaande paden vallen, en sneeuwbal aarde valt in die categorie. Ik had het geluk dat ik in contact kwam met een wetenschapsfilantroop die geïnteresseerd is in ijstijden én in grote vragen, dus nu worden we de komende jaren door hem gesponsord. Binnenkort willen we onder andere naar Antarctica voor veldwerk.”
Eerder deed je al veldwerk op de vijf andere continenten.
„Ja, dat is ook wel weer te herleiden tot mijn voorkeur voor afwisseling. We hebben met ons team zelfs samen met NASA onderzoek gedaan naar de ouderdom van meteorietkraters op de maan. Op afstand, dat wel, we zijn er niet voor de ruimte ingegaan. Later hebben we dat onderzoek zelfs nog omgezet in muziek. Zulke sonificatie, waarbij je audio zónder woorden gebruikt om ingewikkelde informatie invoelbaar te maken, hebben we ook toegepast op de plaattektoniek zelf. Een middel dat Wegener nog niet tot z’n beschikking had, maar dat wél heel behulpzaam kan zijn bij het begrijpen van abstracte en soms onzichtbare ideeën. Ook daaraan zie je dat er nog grote verschuivingen plaatsvinden binnen de geologie.”
