Smeltende ijskappen en bodembeweging

Na het smelten van de ijskappen in Noord-Amerika en Noord-Europa is de lithosfeer op die plekken omhooggekomen en daaromheen juist gedaald. Hoe komt het dat we daarvan geen aardbevingen of trillingen voelen, vroeg een leerling in klas 5H van Luzac Rotterdam aan docent Emilie Kingma. 

In de loop van de 19e eeuw begon duidelijk te worden dat er in Noord-Amerika en in Europa meermaals enorme ijskappen moeten hebben gelegen. Aanwijzingen daarvoor waren bijvoorbeeld gletsjerdalen in laaggebergtes, grondmorene-afzettingen (keileem) en zwerfkeien die via gesteenteclassificatie te herleiden waren tot specifieke delen van Scandinavië. Dit was op zich al verbazingwekkend, maar in Scandinavië zelf en in het noorden van Noord-Amerika kwamen andere aanwijzingen aan het licht met nog vérstrekkender implicaties. Bijvoorbeeld stranden waar de kustlijn zich overduidelijk een eind richting zee had verplaatst. Met precieze landmeetkunde konden onderzoekers ook vaststellen dat het land in deze gebieden omhoogkwam met een tempo in de orde van 1 centimeter per jaar. En begin 20e eeuw was ook duidelijk dat de zwaartekracht van de aarde niet overal precies hetzelfde is. Dit onderzoek was gebaseerd op de beweging van slingers en liet zien dat op de plekken waar de ijskappen gelegen moesten hebben, de zwaartekracht iets minder was vergeleken met de gebieden eromheen. Dat kon eigenlijk maar één ding betekenen: op de plekken met weinig zwaartekracht zat minder gesteente dan er ‘eigenlijk’ zou moeten zitten en eromheen zat juist méér gesteente dan je zou verwachten. Dit in combinatie met de waargenomen opheffing in het gebied waar de ijskap gelegen had, moest wel betekenen (1) dat een ijskap daar ooit de aardkorst naar beneden had geduwd en elders omhoog en dus (2) dat er blijkbaar onder de aardkorst ergens een ‘compenserende laag’ moest zitten die (langzaam) horizontaal kon vloeien. Wij kennen die vloeiende, horizontaal bewegende laag inmiddels als de asthenosfeer (letterlijk: niet-sterke sfeer) en de ingedeukte, verticaal bewegende laag erboven als de lithosfeer. Het concept dat de lithosfeer zich verticaal beweegt als er iets verandert aan de dikte en/of dichtheid (zoals wanneer er een 3 kilometer dikke ijskap op komt te liggen) kennen we als isostasie.

Elasticiteit

De lithosfeer onderscheidt zich van de asthenosfeer doordat deze zich elastisch kan gedragen, dat wil zeggen: de laag kan vervormen onder invloed van een kracht en dan weer terug vervormen als de kracht wegvalt. Een andere eigenschap is dat elastische dingen kunnen scheuren of breken als er te veel kracht op komt te staan. Dit is heel intuïtief: iedereen weet dat een elastiekje, of zeg een plastic liniaal, kan knappen als je er te veel kracht op zet. Of dat gebeurt, hangt wel af van het materiaal. Neem een plastic en een houten liniaal, allebei even dik. Als je die op dezelfde manier buigt, is het aannemelijk dat een van de twee eerder breekt. Dit gaat over de sterkte van het materiaal. Sterkte is dan de weerstand tegen permanente vervorming (en breken is een manier van permanente vervorming). Trouwens, iedereen weet ook dat water in vloeibare toestand, of zeg vanillevla, nóóit breekt en ook nooit terugvloeit naar de oorspronkelijke vorm als je het vervormt – blijkbaar is het niet elastisch. 

Aardbevingen

Als je het zo bekijkt, is het volstrekt logisch te veronderstellen dat er weleens aardbevingen zijn in het opheffende gebied. Die moeten zich dan voordoen in de lithosfeer (want de asthenosfeer heeft per definitie ‘geen sterkte’). En de spanning die erop staat, moet groter zijn dan de sterkte. Komt dat inderdaad voor? Jazeker, kijk alleen al naar het kaartje met alle aardbevingen geregistreerd in de database van het Euro-Mediterranean Seismological Centre tussen 60° en 70° NB en 10-30° OL,  dat is rondom het noorden van de Botnische Golf (tussen Zweden en Finland), waar het centrum van de Scandinavische ijskap ongeveer lag, tussen begin 2015 en begin 2025 (kaartje). Er zijn hier best wat aardbevingen geweest, maar ze hebben vrijwel allemaal een zeer lage momentmagnitude van tussen de 1 en 2. Niet voelbaar dus. Ze zijn ook allemaal ondiep, maximaal 40 kilometer, dus binnen de korst. Een reden voor aardbevingen op deze plek is er eigenlijk niet: geen plaatgrens, geen hotspotvulkanisme. Het ligt dus voor de hand dat de bevingen iets te maken hebben met de verticale beweging van de korst. Omdat ze zo bescheiden zijn, hebben ze vermoedelijk niet te maken met het echt ‘breken’ van gesteente. In het algemeen zitten er in alle gesteentes al breuken, barsten en andere zwaktezones. Het gaat daarom vermoedelijk om de heractivatie van bestaande zwakke plekken, waarlangs dan een klein beetje beweging optreedt.