Ouderdomsbepaling van gesteenten dankzij het aardmagnetisch veld

11 september 2017
Auteurs:
Ymke Lathouwers
student Aardwetenschappen, Universiteit Utrecht
fysische geografie
Kennis
FOTO: ROEL WIJNANTS/FLICKR

21 december 2012. De dag dat volgens de Maya’s de wereld zou vergaan. Een mogelijke oorzaak? Het omdraaien van de magnetische polen van de aarde. Eind december brak aan en er gebeurde niets. We zijn nu halverwege 2017, de aarde draait rustig door en de magnetische polen liggen nog op dezelfde plek. Het idee van omdraaiende magnetische polen is echter helemaal niet zo gek. In het verleden gebeurde dit al regelmatig en ook in de toekomst zal dit weer gebeuren. Dat is fijn voor geologen, want zij kunnen dit verschijnsel gebruiken om gesteenten te dateren.

 

Het idee dat de Maya’s lang geleden al zouden kunnen voorspellen dat de magnetische polen zich eind 2012 abrupt om zouden draaien en dat dit het einde van de wereld zou betekenen is natuurlijk onzin. Toch klopt het wel dat de positie van de magnetische noord en zuidpool van de aarde af en toe omwisselen. Waardoor dit komt is nog niet precies bekend, maar er zijn wel theorieën. Zo zouden veranderingen in de stromingen in de buitenkern er mogelijk iets mee van doen hebben.

Geodynamo

Rondom de aarde bevindt zich een magnetisch veld dat, net zoals het veld rondom een magneet, gezien kan worden als een dipool. Dit betekent dat het twee polen heeft; één zuidpool en één noordpool. De magnetische noordpool ligt vandaag de dag dichtbij de geografische zuidpool (daar waar de rotatie-as van de aarde het oppervlak raakt) en andersom ligt de magnetische zuidpool dichtbij de geografische noordpool. Exacte details zijn nog niet bekend, maar het magnetisch veld ontstaat vermoedelijk door stroming van vloeibaar ijzer in de buitenkern van de aarde. In combinatie met een erg hoge temperatuur en de rotatie van de aarde zorgt deze stroming ervoor dat het aardmagneetveld ontstaat. Dit werkt volgens hetzelfde principe als een dynamo en wordt ook wel de ‘geodynamo’ genoemd.

Nuttig voor geologen

Voor geologen zijn deze omkeringen ontzettend nuttig, want zij kunnen ze gebruiken om ouderdom van gesteenten te bepalen. Gesteenten bevatten namelijk vaak magnetische mineralen, zoals ijzer. Wanneer kleine gemagnetiseerde korreltjes sedimenteren zal de meerderheid, als minikompasnaaldjes, parallel gaan liggen aan het magnetische veld van de aarde. Hoe fijner het sediment en hoe groter het aandeel van ijzer, hoe groter dit effect zal zijn (er bestaan zelfs plekken op aarde waar de stenen zo magnetisch zijn dat je je kompas niet kunt gebruiken). Na processen die leiden tot de formatie van gesteenten, en bij een niet al te hoge temperatuur van het gesteente, zal de richting van deze mineralen niet meer veranderen. Een latere omkering van het veld heeft dus geen invloed op het magnetisch veld dat opgeslagen ligt in het gesteente.

Omdat de magnetische polen kunnen wisselen van positie en zich soms in het zuiden en soms in het noorden bevinden, kunnen stenen die gevormd zijn op verschillende momenten een tegengestelde magnetische richting aangeven. De omkeringen van de polen verdelen de geologische tijdschaal in perioden met normale polariteit, waarin de dipool in dezelfde richting wijst als dat het vandaag de dag doet (richting het noorden), en perioden met omgekeerde polariteit,  waarin deze in de tegenovergestelde richting wijst (richting het zuiden). De duur van een interval met dezelfde polariteit is erg verschillend; dit kan enkele tienduizenden tot enkele miljoenen jaren lang duren. De laatste omkering vond zo’n 730.000 jaar geleden plaats en het hele omkeringsproces duurt een paar duizend jaar. Dit klinkt misschien vrij lang, maar dit is op de geologische tijdschaal dusdanig kort dat het als abrupt kan worden gezien.

Streepjescode

Rond 1950, ongeveer dezelfde tijd dat de omkeringen van de polen werden ontdekt, ontwikkelden wetenschappers een techniek waarmee ze de ouderdom van gesteenten konden bepalen met behulp van isotopen. Dankzij deze techniek konden geologen de ouderdom bepalen van gesteenten waar ze ook de magnetische richting van wisten. Op deze manier konden ze in kaart brengen wanneer het magnetische veld van de aarde omdraaide in het verleden. Dit heeft gezorgd voor een referentiekolom van de locatie van de magnetische polen in het verleden, die eruit ziet als een soort streepjescode (een klein stukje hiervan is te zien in de linker kolom van figuur 1).  Zwarte stukken beelden normale polariteit af en witte stukken omgekeerde polariteit. Deze referentiekolom is erg nuttig voor geologen, omdat datering met behulp van isotopen niet overal mogelijk is. Als er dan ook geen nuttige fossielen aanwezig zijn dan kan de ouderdom vaak toch nog bepaald worden dankzij het opgeslagen aardmagnetisch veld in gesteenten. Voor deze ouderdomsbepaling boren geologen gesteentemonsters uit opeenvolgende gesteenten. In een laboratorium kan vervolgens bepaald worden welke richting het magnetische veld op wijst dat opgeslagen ligt in de stenen. Dit levert vervolgens ook een soort streepjescode op die hoort bij deze opeenvolging van gesteenten. Deze specifieke streepjescode kan worden gekoppeld aan de referentiekolom (zie figuur 1). Op deze manier is de ouderdom van het gesteente uiteindelijk toch nog vast te stellen.  Deze manier van dateren wordt ook wel magnetostratigrafie genoemd.

Figuur 1: Een ‘streepjescode’ uit een specifieke gesteente opvolging (rechts) gecorreleerd aan een deel van de referentie kolom (links). Zwart is normale polariteit en wit is omgekeerde polariteit. Ouderdom is in miljoenen jaren (Ma) (Gewijzigd van Irigoyen et al., 2000).

Er zal eerst nog veel onderzoek naar poolomkeringen gedaan moeten worden voordat we echt weten hoe de vork in de steel zit, maar voor het dateren van gesteenten is dit verder niet zo belangrijk. Geologen zullen doorgaan de omkeringen te gebruiken om gesteenten te dateren. En mocht het veld binnenkort omdraaien? De wereld zal niet vergaan, al zullen er misschien wel wat duiven de weg naar huis niet meer vinden. 

 

BRONNEN

  • Marshak, S. (2015). Earth: portrait of a planet. New York: W.W. Norton & Company. P36-38 & 68-72
  • Nichols, G. (2010). Sedimentology and stratigraphy. Chichester: Wiley-Blackwell. P330
  • Irigoyen, M. V., Buchan, K. L., & Brown, R. L. (2000). Magnetostratigraphy of neogene Andean foreland-basin strata, lat 33 S, Mendoza Province, Argentina. Geological Society of America Bulletin112(6), 803-816.