Aarde heeft meer mega-vulkaanuitbarstingen gekend dan gedacht

Deze gigantische uitbarstingen hangen samen met een aantal van de grootste veranderingen die in de geschiedenis van de aarde hebben plaatsgevonden. Dat is bijvoorbeeld het geval met de grootste massa-extinctie uit de geschiedenis, de Perm-Trias-massa-extinctie, die zo'n 250 miljoen jaar geleden plaatsvond, toen vulkanen Siberië bedolven onder giftige gassen en gesmolten rotsen, die later de Siberische Trappen zouden vormen. 

"Naarmate we terug gaan in de tijd, ontdekken we gebeurtenissen die zeker even groot zijn", zei Richard Ernst in "Nature". Ernst is geoloog aan de Carleton University in Ottawa in Canada, en aan de Tomsk Staatsuniversiteit in Rusland, en hij stond aan het hoofd van de studie. "Dit zijn schitterende, gigantische dingen."

Weten wanneer en waar dergelijke uitbarstingen hebben plaatsgevonden, kan geologen helpen om ertslagen nauwkeurig te lokaliseren, de supercontinenten uit het verleden te reconstrueren, en het ontstaan van de aardkorst beter te begrijpen. Het bestuderen van dit soort vulkanische activiteit kan zelfs nuttige aanwijzingen geven over de geologische geschiedenis van de vroege aarde.

Ernst heeft zijn bevindingen deze maand voorgesteld aan een industrieel consortium dat de studie gefinancierd heeft. Hij hoopt tegen het einde van de jaar de gegevens te publiceren, in de vorm van een kaart van de Commission de la carte géologique du monde van de UNESCO in Parijs.

"Dit wordt waarschijnlijk de toonaangevende database op dit gebied voor de volgende tien jaar", zei Mike Coffin, een mariene geofysicus aan de University of Tasmania in Hobart in Australië.

Onderzoekers hebben de geologische kennis van enorme vulkanische uitbarstingen uitgebreid, en bewijzen blootgelegd voor gebeurtenissen van meer dan 2 miljard jaar geleden die de wereld veranderd hebben.

1.Widgiemooltha, 2,42 miljard jaar    2.Ungava, 2,22 miljard

3.Bushveld, 2,05 miljard jaar             4.Timpton, 1,75 miljard

5.Essakane 1,52 miljard jaar             6.Dashigou, 920 miljoen

7. Gairdner, 820 miljoen jaar              8.Franklin, 725 miljoen

9.Kola-Dneiper 370 miljoen jaar         10.Siberische Trappen, 252 milj.

11.Central Atlantic Magmatic Province, 200 miljoen jaar

12.Ontong Java, 120 miljoen jaar      13.Deccan Trappen, 66 miljoen

14.Afro-Arabian, 30 miljoen jaar         15.Columbia River, 17 miljoen

Verrassend genoeg houden de oude uitbarstingen zijn bijna schuil in volle zicht. De lava die ze hebben uitgespuwd is al lang verdwenen door erosie, maar de onderliggende buizen, de "loodgieterij" die de gesmolten rots van diep in de aarde naar boven heeft laten stromen door de vulkanen, die is er nog steeds.

Ernst en zijn collega's hebben de aarde afgezocht naar sporen van die loodgieterij. Ze is meestal zichtbaar als radiale spaken van oude lava, die uitwaaieren rond de mond van een sinds lang verdwenen vulkaan. Soms liggen de lava-lagen ook parallel aan elkaar. De geologen brachten die elementen, die bekend staan als "dike swarms" (zwermen van dijken), in kaart en gebruikten uranium-looddatering om de ouderdom van de rotsen in elke dike vast te stellen. Door de ouderdom van de verschillende dikes te vergelijken, konden ze die dikes verbinden die afkomstig waren van een enkele enorme uitbarsting. Tijdens hun onderzoek vonden ze bewijzen voor veel van deze grote vulkanische gebeurtenissen.

Al die pas ontdekte uitbarstingen werden in de database van Ernst opgenomen. "Tot nu toe hebben we er zo'n 10 tot 15 die waarschijnlijk vergelijkbaar zijn met de gebeurtenissen in Siberië", zei Ernst, "en die we tot nu toe niet kenden of waarvan we wel iets wisten, maar geen idee hadden van hun werkelijke omvang." 

Daar zit onder meer een 1,32 miljard jaar oude uitbarsting in Australië bij, die aansluit bij een uitbarsting in China. Door dike swarms aan elkaar te linken op verschillende continenten, krijgen onderzoekers een beter inzicht in hoe de aardkorst in de loop der tijden bewogen heeft, zei Yasrrddine Youbi, een geoloog aan de Cadi Ayyad Universiteit in Marrakesh aan "Nature".

Een donker gekleurde "dike" die lichter gesteente doorsnijdt in Alaska. Dykes of dikes, in het Amerikaans Engels, zijn in essentie plakken verticaal staande stollingsgesteente, en ze kunnen  kilometers lang zijn. Ooit waren ze magma, dat zich een weg naar boven zocht door breuken en zwakke plekken in het bovenliggend gesteente. Dat gesteente is altijd ouder dan het stollingsgesteente in de dike. Dikes ontstaan vaak uit een gemeenschappelijke magmakamer of ander gesmolten gesteentelichaam en vormen daardoor vaak "zwermen". Omdat ze vanuit een punt vertrekken, liggen de dikes vaak als de spaken van een wiel rond het vertrekpunt.

In de geologie staan deze gigantische uitbarstingen bekend als "large igneous provinces" (LIPs, grote stollingsgebieden). Ze kunnen enkele miljoenen jaren duren en in die tijd meer dan een miljoen kubieke kilometer gesmolten rots uitstoten. Ter vergelijking, bij de spectaculaire uitbarsting van Mount Saint Helens van 1980 in de Amerikaanse staat Washington kwam slechts 10 kubieke kilometer vrij. 

Deze grote gebeurtenissen stoten ook gassen uit die de temperatuur van de atmosfeer en de chemische samenstelling van de oceanen kunnen veranderen, in wat geologisch bekeken een oogwenk is. Een recente studie stelt dat op het hoogtepunt van de Siberische uitbarstingen de temperatuur wereldwijd pijlsnel gestegen kan zijn, met wel 7 graden per jaar. Vervolgens zullen zwaveldeeltjes uit de uitbarstingen geleid hebben tot een wereldwijde afkoeling en zure regen, iets wat 96 procent van de mariene soorten en driekwart van de gewervelden op het land niet overleefd hebben.

Het beeld van hoe de LIPs het milieu wereldwijd beïnvloed hebben, wordt wel onduidelijker naarmate men verder terug gaat in de tijd, zei Morgan Jones, een vulkanoloog aan de Universiteit van Oslo, aan "Nature". De onzekerheden bij de dateringen nemen toe, en het wordt moeilijk om individuele uitbarstingen in verband te brengen met een specifieke impact op het milieu. "Het ligt aan de grens van onze kennis", zo zei hij.

Gemiddeld komen LIPs zowat om de 20 miljoen jaar voor. De meest recente was de Columbia River uitbarsting, 17 miljoen jaar geleden, in wat nu het noordwesten van de VS is.

Moses Coulee in de Amerikaanse staat Washington is een onderdeel van de Columbia River Basalt Group, die gevormd werd tijdens de meest recente LIP, zo'n 17 miljoen jaar geleden.

Het ontdekken van meer gigantische uitbarstingen op aarde kan helpen om de geologische geschiedenis van onze buurplaneten in perspectief te plaatsen, zei Tracy Gregg, een vulkanologe aan de Unioversity of Buffalo in New York. Gregg en Ernst zullen volgende week in Texas een symposium leiden over LIPs in het zonnestelsel.

Venus, Mars, Mercurius en de maan vertonen allemaal sporen van enorme uitbarstingen, zei Gregg. Op de maan begonnen de grote uitbarstingen erg vroeg, 3,8 miljard jaar geleden, op Mars mogelijk 3,5 miljard jaar geleden. Maar zonder platentektoniek - de beweging ten opzichte van elkaar van 15 starre aardschollen die op de plastische mantel van de aarde liggen - om het oppervlak actief te houden, kwamen de uitbarstingen uiteindelijk ten einde.

Anderzijds hebben de sporen van de gigantische uitbarstingen op andere hemellichamen minder te lijden van erosie dan op aarde, en kunnen zij dus aanwijzingen geven voor de vroegste geschiedenis van onze planeet. "Andere hemellichamen houden informatie vast over de vroegste delen van de planetaire evolutie, informatie die we op aarde kwijtgeraakt zijn", zei Gregg. "Dat kan ons een zicht geven op de vroege geschiedenis van onze eigen planeet."

In het Westelijke Ghats bergmassief in India liggen stollingsgesteenten, die 66 miljoen jaar geleden werden afgezet door de uitbarstingen die leiden tot de vorming van de Deccan Trappen.