door Kevin Krajick|March 31, 2014

Als data in de geologische geschiedenis gaan, de vorming van de slanke landbrug die Zuid-Amerika en Noord-Amerika verbindt is een rode-letter een. In de afgelopen 100 miljoen jaar zijn de twee grote landmassa’s meer dan eens gescheiden geweest door diepe oceaanwateren. Het smalle deel van Midden-Amerika dat hen nu verbindt – op zijn smalst langs de landengte van Panama – veranderde niet alleen de wereldkaart, maar ook de circulatie van de oceanen, het verloop van de biologische evolutie, en waarschijnlijk het wereldklimaat. De huidige versie van de landengte, het gemartelde product van diverse krachten, werd waarschijnlijk gevormd door vulkanisme en bewegingen van tektonische platen ergens tussen 15 miljoen en 3 miljoen jaar geleden.

Cornelia Class, een geochemicus aan het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, en Esteban Gazel, een adjunct-onderzoeker van Lamont die nu aan het Virginia Polytechnic Institute werkt, onderzoeken een van de meest mysterieuze krachten die op deze natuurlijke bouwplaats aan het werk zijn: de Galápagos Pluim.De pluim is een langdurige hete opwelling van materiaal uit de diepe aarde dat nabij het oppervlak smelt en reeksen vulkanen heeft gevormd, zowel onder water als in de vorm van oceaaneilanden. De nog steeds actieve pluim, die afkomstig is uit de aardmantel, tientallen kilometers diep, is vergelijkbaar met de hete magma-spots die onder Hawaii en Yellowstone doorsijpelen. Aangenomen wordt dat hij zo’n 100 miljoen jaar geleden is begonnen met enorme uitstortingen van lava onder wat nu de Caraïben zijn, maar dat hij, hoofdzakelijk door de beweging van tektonische platen boven hem, sindsdien ver naar het zuiden en westen in de Stille Oceaan is getrokken, naar zijn huidige actieve locatie onder de Galápagos-eilanden, zo’n 600 mijl verderop. Gazel en zijn klas proberen de levensgeschiedenis van deze rots te ontrafelen, en de rol die hij heeft gespeeld bij het ontstaan van de landbrug. Gewoonlijk zijn dergelijke rotsen ver onder de oppervlakte begraven of liggen ze diep op de oceaanbodem. Hier liggen ze op min of meer droog land en bieden ze een ongewoon inzicht in de processen van de diepe aarde.

In de herfst van 2012 gingen Class en Gazel op jacht naar rotsen die door de pluim zijn ontstaan op het schiereiland Azuero in Panama, dat in de Stille Oceaan uitsteekt. Gazel, die opgroeide in het aangrenzende Costa Rica (waar identieke rotsen bestaan), is gespecialiseerd in het bestuderen van deze regio. Hij voelt zich even goed thuis bij het bespreken van de chemie van de smeltfractionering als bij het rondlopen met een voorhamer van 8 pond over zijn schouder, op zoek naar rotsblokken die hij kan openbreken. Class, een geochemicus die oorspronkelijk uit Duitsland komt, is een expert op het gebied van mantelchemie; ze heeft gewerkt aan gesteenten uit Oost-Afrika, Antarctica en de bodem van de Atlantische Oceaan. “Mensen proberen vaak verre dingen te begrijpen, zoals hoe de sterren ontstaan,” zegt Class. “Eigenlijk zouden we het veel dichter bij huis moeten zoeken. Hier proberen we te begrijpen wat er onder ons zit. Hoe is de aarde zelf ontstaan?”

Het grotendeels onbewoonde westelijke deel van het schiereiland Azuero is moeilijk voor geologen. De steile heuvels zijn bedekt met dikke rode aarde en vochtige bossen en weilanden; rotsen zijn zelden te zien, behalve in sommige beekbeddingen of langs de kust, waar krachtige erosie de vegetatie en het vuil heeft weggescheurd. Slechts onlangs werd een kleine verharde weg aangelegd langs de kust, zodat het werk in het binnenland betekent dat men door modderige paden moet ploeteren, kreken moet doorwaden en kan stranden in de gigantische stortbuien die tijdens het regenseizoen elke namiddag overspoelen. Langs de kust zelf zijn de beste onderzoekslocaties zeekliffen, landtongen, vrijstaande eilandjes en puinhopen die zich direct in de gevaarlijk kolkende zee storten. Om deze te bereiken huren Gazel en zijn klas een plaatselijke visser om zijn boot zo dicht mogelijk te varen. Dan duiken ze over de rand met de voorhamer en ander materiaal, en zwemmen er door de branding naar toe. Als zij geluk hebben, is er een strandje om op te landen; zo niet, dan moeten zij oppassen dat zij niet door de golven tegen de rotsen worden gesmakt. Nadat ze monsters hebben genomen, zwemmen ze terug naar de boot, nu verzwaard met zowel hun gereedschap als de rotsen. Gelukkig zijn Gazel en Class sterke zwemmers – en de haaien en krokodillen die soms in deze wateren rondzwemmen, lijken niet in de buurt te zijn.

De rotsen in dit deel van Panama zijn een ingewikkelde mengelmoes, die de complexe geschiedenis van de landengte vertegenwoordigt. Aan hun zwaar verweerde buitenkant is het moeilijk de ene soort van de andere te onderscheiden. Alleen door ze open te breken, kunnen Gazel en zijn klas zien of zij hun prooi hebben gevonden. Dit is picriet, een soort stollingsgesteente dat kristalliseert als magma uit de aardmantel naar boven stijgt. Het wordt meestal gevormd op de zeebodem en bevat fonkelende geelgroene kristallen van olivijn, een typisch uit de aardmantel afkomstig mineraal dat niet voorkomt in gesteenten die dichter bij de oppervlakte zijn gevormd. Gazel en zijn afgestudeerde student Jarek Trela banen zich een weg door stapels afgeronde rotsblokken, als veroordeelden op een stapel rotsblokken in de gevangenis, en zwaaien met de slee naar rotsblokken die er waarschijnlijk uitzien, tot een rand afsplintert. Als ze geluk hebben, zitten er kristallen in; dan slaan ze de rots in kleinere stukken. De klas gebruikt een kleinere geologenhamer om de verweerde buitenkanten van de vuistgrote specimens af te halen, voordat ze ze in zakken doet.

Geologen denken dat de Galápagos-pluim meer dan 100 miljoen jaar geleden actief werd onder wat nu een groot deel van Midden-Amerika is. Ongeveer 75 miljoen jaar geleden, rond het tijdperk van de dinosauriërs, hielpen grote uitstortingen van lava uit de pluim bij de vorming van een vroegere versie van de landbrug. Ook tectonische platen schoven tegen elkaar op en duwden delen van de zeebodem uit het water. Op een bepaald moment veranderden de gecombineerde processen de oceaan in moerasland, vervolgens in een archipel en uiteindelijk in droog land. De Amerika’s werden verenigd. Wezens die ooit geïsoleerd leefden op het ene of het andere continent, konden migreren en zich over en weer vermengen. Het bewijs is vandaag de dag te zien in fossielen die de evolutionaire stamboom laten zien van verwante dinosaurussen, en vroege wormen, slangen en zoogdieren op plaatsen die zo ver van elkaar verwijderd zijn als Utah en Argentinië. Maar men neemt aan dat deze eerste landbrug zo’n 50 miljoen of 65 miljoen jaar geleden is afgebroken, als gevolg van voortdurende tektonische bewegingen. (De laatste datum komt ruwweg overeen met een reusachtige meteoriet die insloeg voor de kust van Mexico en die de dinosauriërs de dood injoeg; maar of die op enige wijze verband hield met het uiteenvallen is onbekend.)

Zo’n 15 tot 65 miljoen jaar geleden trok de Galápagos-pluim westwaarts de Stille Oceaan in en vormde daar slierten van vulkanische eilanden en onderzeese vulkanen. Tegelijkertijd bewoog de tektonische plaat boven de Stille Oceaan weer naar het oosten. Terwijl de plaat zich verplaatste, voerde hij de overblijfselen van de uit de pluim ontstane vulkanen mee terug naar Midden-Amerika. Hier botste de Pacifische plaat langzaam tegen een andere plaat die vanuit het huidige Caribisch gebied kwam. Toen de tegenover elkaar liggende platen elkaar ontmoetten, werden delen ervan omhoog gedrukt, en een tweede landbrug begon vorm te krijgen. Sommige eilanden en onderzeese bergen die van de Pacifische plaat afkomstig waren, werden op de zich ontwikkelende landmassa geplakt, als kersen op een cupcake. Het zijn de nu brokkelende resten van deze reizende vulkanische bergen die veel van de heuvels en zeekliffen van het schiereiland vormen. De pluim blijft uitbarsten onder de afgelegen Galápagos eilanden (deel van Ecuador, niet van Panama). De exacte vorm en de dynamiek van de huidige uitbarstingen zijn nog steeds het onderwerp van een mysterie.

Terug in de laboratoria van de onderzoekers bij Lamont-Doherty en Virginia Tech, zullen chemische analyses van de Panamese picrieten helpen onthullen onder welke timing, temperaturen en andere omstandigheden de rotsen zijn gevormd. De onderzoekers hopen dat dit niet alleen licht zal werpen op de vorming van de landengte, maar ook op processen in de diepe aarde. Gazel en andere collega’s zijn al een tijdje bezig met de Galápagos-pluim. Een van hun eerste bevindingen is dat de magma’s in de pluim sinds de tijd van de dinosauriërs zo’n 200 graden F zijn afgekoeld; ook de omvang en de snelheid van de uitbarstingen zijn afgenomen. Dat kan betekenen, zegt Gazel, dat “mantelpluimen zijn als mensen; ze worden oud en sterven.” Maar deze, zegt hij, heeft nog een lange weg te gaan voordat hij uitsterft- waarschijnlijk tientallen miljoenen jaren.

Met betrekking tot de huidige landbrug is Gazel voorstander van de huidige theorie dat deze met horten en stoten is gevormd, beginnend zoals de eerdere, als een reeks moerassen, zeestraten en eilanden, misschien 15 miljoen jaar geleden. Ongeveer 8 miljoen jaar geleden rezen de bewegende onderzeese bergen uit de oceaanbodem en botsten op de samenklonterende landmassa’s. Hij denkt dat het deze bergen waren die de landengte uiteindelijk volledig sloten, waardoor Panama en Costa Rica het scharnierpunt van de Amerika’s werden. “Zonder deze bergen zouden we de landbrug niet hebben,” zegt hij. De conventioneel aanvaarde datum van volledige sluiting is ongeveer 3,5 miljoen jaar geleden, maar Gazel denkt dat het een paar miljoen jaar eerder kan zijn gebeurd. Dit is controversieel; een recente studie van andere onderzoekers schat het op 13 miljoen tot 15 miljoen jaar geleden.

Wat de exacte volgorde en timing ook is, fossielen laten zien dat wezens die tientallen miljoenen jaren geïsoleerd waren geëvolueerd in de afzonderlijke Amerika’s, opnieuw begonnen te stromen en te evolueren van noord naar zuid. Sommige van de eersten konden goed zwemmen, of tenminste waden: tapirs, pekari’s en olifantachtige Gomphotheres die naar het zuiden trokken, en reuzenluiaards, of Megatheriums, die naar het noorden trokken en soms wel 2 meter lang waren. Toen de landbrug volliep, werd het stroompje migranten een vloedgolf. Dit bereikte een paar miljoen jaar geleden zijn hoogtepunt met de zogenaamde Grote Amerikaanse Biotische Uitwisseling. Op verschillende tijdstippen stroomden vanuit Zuid-Amerika de voorouders van de huidige Noord-Amerikaanse gordeldieren, stekelvarkens en opossums, en de nu al lang uitgestorven roofzuchtige loopvogels van 2 meter hoog, omhoog. Uit Noord-Amerika kwamen herten, mastodonten, kamelen, wasberen, katten, honden en allerlei knaagdieren. Om onbekende redenen was de invasie vanuit het noorden veel succesvoller dan die vanuit het zuiden. Als gevolg daarvan werden veel zuidelijke soorten vervangen door de noordelijke – de voorouders van de huidige jaguars, lama’s en andere karakteristieke Zuid-Amerikaanse fauna.

De landengte verenigde continenten, maar verdeelde oceanen. Toen de Atlantische en Stille Oceaan eenmaal gescheiden waren, ontwikkelden zeedieren zoals weekdieren aan de ondiepe, warme Caribische kant zich heel anders dan die aan de koudere, diepere kant van de Stille Oceaan. De circulatie van het oceaanwater zelf werd ook volledig veranderd; vóór de splitsing stroomde het water van oost naar west, van de Atlantische naar de Stille Oceaan, maar de stroom werd nu geblokkeerd. Hierdoor ontstond een permanente reusachtige omweg in de Atlantische Oceaan – de Golfstroom – die nu warm water uit de tropen omhoog duwt naar de rand van het noordpoolgebied. Het transport van die warmte geeft nu Noord-Europa zijn gebruikelijke warme klimaat. En omdat warmte de verdamping doet toenemen, is daardoor waarschijnlijk ook de noordelijke neerslag in de vorm van sneeuw toegenomen. Op verschillende tijdstippen in de baancyclus van de aarde heeft dit zich tot gletsjers opgehoopt, waardoor het noordelijk halfrond in de reeks grote ijstijden terechtkwam die het in de afgelopen miljoenen jaren heeft gekend. Aan de kant van de Stille Oceaan veranderden ook de weerpatronen, met diepe wateren langs de westkusten van beide continenten die voortdurend opwellen, en de overheersing van het cyclische El Niño-patroon, waarbij het oostelijke oceaanoppervlak afwisselend opwarmt en afkoelt. El Niño bepaalt nu direct of indirect de regenval, en daarmee de landbouw, op schalen van tientallen jaren in een groot deel van Azië en beide Amerika’s.

“De rotsen, ons studiegebied, het is zo smal,” zegt Gazel. “Maar het helpt ons ook veel te begrijpen over de biologie en het klimaat van de aarde.”

De Isthmus van Panama is niet uniek. Elders zijn andere landbruggen gekomen en gegaan. De Beringstraat, die thans Alaska en Siberië scheidt, is periodiek de Bering-landbrug geweest, toen ijstijden een groot deel van het water van de aarde in ijs opsloten, waardoor het zeeniveau daalde. Het was misschien de route waarlangs mensen en andere wezens Amerika binnenkwamen. In tijden van een lager zeeniveau verbonden andere, nu verdwenen bruggen ooit Groot-Brittannië met het Europese vasteland; Sri Lanka met India; en delen van Indonesië of Australië met Azië. Het Egyptische Sinaï-schiereiland verbindt nu Afrika en Eurazië, maar dat was niet altijd zo; die continenten waren ooit gescheiden, en zullen dat misschien ooit weer zijn.

Panama blijft in alle opzichten een kruispunt. Toen de Spanjaarden in het begin van 1500 kwamen, zagen zij het al snel als de smalle plek tussen twee grote oceanen, en gebruikten het als springplank om de westelijke Amerika’s binnen te vallen. Ze spraken al in 1524 over een kanaal, maar kwamen er nooit aan toe. Na de Californische goudkoorts van 1849 voerde een spoorlijn over de landengte een vloedgolf van migranten naar het westen. De Fransen probeerden een kanaal aan te leggen in de jaren 1880, maar werden tegengehouden door malaria en aardverschuivingen. Na de overname door de Verenigde Staten werd in 1914 het 45 mijl lange Panamakanaal voltooid – nog steeds een cruciale handelsroute. Als scharnierpunt tussen de twee grote continenten heeft Panama (net als Costa Rica) een enorme biodiversiteit: honderden soorten reptielen en amfibieën, ten minste 950 vogelsoorten, en legendarische jaarlijkse migraties van vogels en zeeschildpadden op het schiereiland Azuero en de omliggende gebieden.

Het Panamakanaal was een zegen voor geologen, die veel van hun oorspronkelijke inzichten in de geschiedenis van de regio ontleenden aan gesteenten die door de opgravingen aan het licht kwamen. Tegenwoordig wordt er een nog groter kanaal naast gegraven, en onderzoekers gaan er weer heen. Voorlopig geven Gazel en Class echter de voorkeur aan het wildere, meer afgelegen schiereiland Azuero. “Het is fundamenteel voor ons om hier te komen en te proberen de rotsen te lezen, zegt Gazel. “Ik geniet ook van de natuur. Er zijn niet zoveel plaatsen meer, waar je zo weg kunt van de bewoonde wereld.”

SEE EEN SLIDESHOW VAN HET VELDONDERZOEK

SEE EEN VIDEO VAN HET VELDONDERZOEK